高层建筑结构设计特点与剪力墙设计

范春鹏

（辽宁 沈阳，110000）

在不同的高层建筑中，剪力墙结构的特点和设计时的布置是不相同的，所以，我们在进行高层建筑物的设计施工时，要进行地质情况的实地的考察和研究，同时对高层建筑物结构特点仔细分析，以满足高层建筑的安全性、稳定性和经济性。

一、剪力墙结构的分类

剪力墙的结构设计和实际的建筑结构和施工特点有关，根据上述特点才能决定是否有开洞的必要，如过在设计当中确定需要开洞，那相关的施工人员就要考虑所开洞的大小，并且根据洞开与否和其实际的大小我们可以将剪力墙分为以下几种类型：实体墙、整体小开口剪力墙、多肢或多肢剪力墙、壁墙框架。其中实体墙就是开洞面积较小或者不开洞的墙，它的受力特点主要就是没有突变也没有反弯点，它是以弯曲型为主。整体小开口剪力墙就是指洞的面积大于百分之十五但是开洞面积仍然较小的墙，这种墙的受力特点就是弯矩图发生突变，但是整个高度上没有反弯点或者是只有个别的地方有反弯点。多肢或多肢剪力墙就是指洞面积较大的墙，这种墙的受力特点和前面说的整体小开口剪力墙的特点大致相似。壁式框架相比于前面两种它的洞口面积还是比较大的，弯矩图在楼层出发生突变，并且在很多楼层处都出现反弯点。

二、高层民用建筑剪力墙结构的设计原则

（一）通常来说，在布置剪力墙的时候要尽量使剪力墙沿着高层民用建筑物的主轴线呈双向布置，并且还要尽量让双向墙的抗侧向刚度相互接近，这样可以在一定程度上提高其抗震性能。

（二）在实际的设计当中应该尽量将剪力墙的拉伸并对直，同时还要将剪力墙上的门洞和窗口相互对齐，这样一来，在保证了整个设计整齐的同时也保证了其美观性。除此之外，在计算时明确的墙肢和连梁使整个受力更加明确，方便后续的计算。

（三）在竖直方向，应该保持剪力墙贯穿整个建筑物，一旦竖向出现变化时就要沿着高度改变整个剪力墙墙体的厚度和混凝土的等级，进而逐渐减小刚度，防止出现突变使应力集中。

（四）在进行布置时还要避免洞口、墙边之间相互形成墙肢，小墙肢宽度应该大于墙厚的三倍，加强暗柱设计。

（五）针对一些长度较大的剪力墙应该设置相应的洞口，并且将其分成多个墙段，两个墙段之间采用弱连梁连接，尽量保持每一个墙段的高度和它本身的截面的高度的比值大于2。当墙的长度较小时其产生的裂缝也就较小，这种情况下的墙体配筋就能发挥其应有的作用，所以一般来说截面高度应该小于八米。

（六）高层民用建筑应该尽量采用多种形式的剪力墙，避免全部采用短肢剪力墙，并且在设计短肢剪力墙时应该设置相应的翼缘。当设计了较多的短肢剪力墙时应该再设置一些一般剪力墙和短肢剪力墙一起形成剪力墙结构体系以抵抗水平力。

三、高层民用建筑剪力墙结构的设计及优化

（一）剪力墙设计要为后续的建筑改造留有余地

在实际的设计当中应该为后续的设计改造留有余地，保证剪力墙主体在能满足其结构刚性的同时也为门窗的设计留有空间，切记不能随意建造，要避免重复挖掘门洞。在设置剪力墙的空洞位置时要提前做好规划，将墙体分为若干个部位，并且将门窗均匀分布在这些部位当中。

（二）合理布置剪力墙平面

针对剪力墙平面的设置应该注意以下几点：首先，就是要保持剪力墙平面的对称均匀，让剪力墙面的重心和整个结构刚度的中心尽最大限度重合，从而降低扭矩，对直并且拉通内外的墙体。其次，在设计抗震剪力墙时要尽量设计两侧都有剪力墙的方案，排除一侧有剪力墙的方案。再次，就是在设计剪力墙时要尽量使其沿着中心轴线的方向对称。最后，就是在设计时要注意剪力墙的抗侧力不能使其刚度太高，在实际设计当中可以借助公式T=(0.05-0.06)n,其中T是经验公式，n是剪力墙结构的层数，通过这个公式可以确定剪力墙刚度的大致范围，并且保证刚度和剪力墙的层数相匹配，进一步拓展其有效空间和承载力。

（三）正确处理剪力墙的墙肢

在设计剪力墙时应该保证它有一定的延展性，尤其在针对一些较高的剪力墙的时候应该尽可能用一些具有较好的延展性并且能够用弯曲的剪力墙来替代原来的剪力墙，提高其机械强度。针对一些长度较大的剪力墙可以通过开洞的方法将长墙体分割成为单个的并且均匀的墙段，这种小墙段不容易出现裂缝，即使有裂缝也较小，进而可以最大限度发挥剪力墙中钢筋的支撑作用。由于大墙肢很容易在地震时发生破坏，所以在进行设计时对于那些长度大于八米的墙肢可以采用开洞的方法减少地震带来的影响。

（四）合理处理边缘构件

剪力墙的边缘构件有两种分别是构造型边缘构件和约束型边缘构件，在设计时应该根据剪力墙的具体结构进行选择。针对那些下部位于加强位置上的和不具有抗震性能的高层民用建筑的剪力墙应该选择构造型边缘构件，针对那些加强位置和临部上层以及高层民用建筑和重荷载下墙体的轴压比平均值等于或大于下表所规定的数值时，一般选用约束型边缘构件。

（五）合理设计过渡层

由于在地震时会给民用建筑底层框架剪力墙带来较大的受力，并且在荷载的作用下，过渡层的剪力墙墙体的承载力会在一定程度上降低，所以在实际的设计过程中要对其过渡层进行合理的设计。如果对剪力墙的墙体进行计算，当荷载较小的时候计算的结果可能会变高进而降低了其抗震性能。所以，在进行设计时要设置相应的构造柱间，使后续的强过渡层能够提高其传递地震剪切力的性能，进而提升过渡层的延展性能和消耗能量的能力。

四、结束语

高层建筑在当今已经非常普遍，民用建筑是目前测试最多的住宅模型，剪力墙的优良设计显著提高了高层民用建筑的稳定性和抗震性能，民用建筑剪力墙墙体设计师必须了解结构设计的特点从结构优化设计和混凝土剃须墙计算的角度出发，提高民用建筑剪力墙体的设计水平。