高层建筑中剪力墙结构设计要点分析

王万胜

太原理工大学建筑设计研究院有限公司（030000）

0 前言

在高层建筑结构当中，剪力墙是必不可少的部分，其重要性是毋庸置疑的，能够承受竖向与水平作用力，不但拥有很强的抗震能力，用钢量不多，而且抗侧刚度也很大。一般来说，剪力墙布置越多，抗震性能越强。然而，一旦出现剪力墙过多的情况，则提高了施工成本。为此，设计人员需要紧密结合具体的工程状况，依据相关设计规定，体现出设计工作的科学性、可行性，分析其中呈现出来的相关问题，然后加以科学处理，有助于提升剪力墙结构的稳定性，满足建筑结构设计的安全性要求。

1 剪力墙定义的阐释

通常情况下，运用剪力墙结构替代相应的框架结构，一方面，可以使建筑荷载得以增强；另一方面，也有助于实现对结构水平力混凝土、钢筋现浇结构的科学管控。剪力墙结构涵盖了连梁、墙肢结构等部分，刚度大，拥有良好的承载力，工程施工时用钢量不多，使得剪力墙结构得以大范围推广与应用。所以，加大对剪力墙的应用力度，能够实现承重墙和分隔墙之间的紧密结合，能够达到使施工成本下降的目的[1]。

2 剪力墙优劣势分析

2.1 优势

一般来说，在设计建筑结构的过程当中，合理运用剪力墙结构，一方面，可以减少建筑工程项目的用钢量；另一方面，缩减了施工成本。剪力墙拥有良好的性能，可以承受不同种类的荷载，尤其对水平荷载来说效果显著。合理应用剪力墙结构能够让分隔墙和承重墙密切结合，提高了建筑结构的安全性，使建筑物变得更加美观。

2.2 劣势

虽然剪力墙结构存在很多的优势，不过，具体运用的过程当中，依然呈现出一些劣势。将剪力墙运用到框架结构当中，将会增加建筑物的重量，令施工成本提升，抗震性能下降。剪力墙结构尽管降低了钢筋的利用率，不过却带给结构延性很大的影响。剪力墙墙肢的承载力也受到限制，无法体现出良好的功效，需要从上到下对建筑物结构进行加固处理，经济成本则随之提高[2]。

3 剪力墙结构设计相关规定

3.1 对楼层剪力系数的合理改动

通常情况下，对建筑剪力墙结构设计时，设计者要严格控制有关构件的布置情况，通过合理运用大开间剪力结构的方式，达到实际的需求。与此同时，还需要使楼层间的剪力系数最小，避免超过相关设计标准，在建筑物与剪力墙的地震力比方面，应该小于4∶1，才能够保证结构自重，减小地震造成的危害，完成控制成本的任务。

3.2 对楼层间的位移、层高科学改动

对建筑楼层间位移进行计算的过程当中，假如建筑物位于地震带，则需要对楼层标准数值进行准确计算，以便达到有效保留结构弯曲变形的目的。工程施工管理时，应该参考楼层间出现的扭转、剪力变形等因素。为此，从高层建筑的角度来说，不应该仅针对楼层间位移加以计算，进而明确竖向构件刚度，应该使扭转变形的产生率下降[3]。

3.3 合理优化剪力墙结构

通常而言，如果剪力墙结构连续跨高比太小，将会造成剪力、弯矩太大，超过规范限度。根据相关规定要求，相应的跨度要超出标准跨度。正确选择跨度比，能够避免弯矩及剪力过量，保持在规定的范围内。设计剪力墙结构时，应该参考建筑物的具体状况，参考各个方面的影响因素，以便降低施工的成本。

4 高层建筑中剪力墙结构的设计要点说明

4.1 注重对剪力墙结构的科学布置

在开展剪力墙结构设计时，设计人员应该借助钢筋混凝土达到增强剪力墙承载力的效果，尤其应增强剪力墙水平荷载力。所以，应该确保剪力墙结构布置的科学性，参考建筑物的曲线方面因素，科学完成剪力墙的布置任务。

合理选取短肢剪力墙。由于剪力墙结构的抗震性能很差，实际运用的过程中，难以确保建筑物的稳定性与安全性，为此，应该参考不同方面的影响因素，体现出布置工作的灵活性优势，并且降低建筑结构自身的重量。

布置剪力墙结构时间，需要规避产生独立小墙肢的情况。设计剪力墙结构时，一旦出现独立的小墙肢，必然提高施工的困难程度。因而，应该做好洞口的合并处理，规避运用独立的墙肢，以便减小整体的施工难度。

在布置剪力墙结构的过程当中，应该注重体现出较大的刚度[4]。剪力墙的刚度和抗震性能、施工工期密切相关，设计时间应该科学布置相应的剪力墙结构，从而提高剪力墙的刚度。一方面，避免耽误正常的施工工期；另一方面，也提高了建筑物的抗震性能。在管控剪力墙刚度过程中，应该根据位移限制规定，进一步提升建筑墙肢和连梁超筋间的抗剪能力，便于截面设计的顺利进行。

4.2 做好结构受力点分析工作

结合剪力墙结构的特征，设计人员应该注重对剪力墙结构延性的科学设计，制定出合理的对策，提高结构的抗倒塌能力。设计高层建筑轴向结构时，需要深入了解建筑结构承受荷载的状况。一般对于高层建筑而言，受到竖向、水平荷载的影响是非常大的，合理利用剪力墙可以抵抗横向、竖向荷载，有效避免出现侧移距离不符合相关规定的情况[5]。

4.3 剪力墙连梁的科学设计

通常情况下，在建筑剪力墙结构过程中，连梁是必不可少的构成部分，其重要性是毋庸置疑的。因为剪力墙结构的强度、刚度能够形成相应的内力作用，所以设计时应该科学计算其内力。一般运用刚度折减的方法完成计算的任务，科学管控折减值。假如建筑物被地震、风力等相关因素干扰，连梁一定形成很大的内力，难以体现出其良好的性能。基于使连梁内力下降的目的，可以运用加宽剪力墙洞口的方法，能够消减不同的应力，从而减小带给连梁的危害，确保建筑物的安全性。

4.4 明确剪力墙厚度相关设计要求

进行剪力墙厚度设计时，应该和高层建筑的稳定性实现统一。设计人员应该了解具体的厚度规定，做好设计工作。当墙厚＞300 mm时，应该将钢筋布设到端部的中间位置，然后沿墙肢的方向布设箍筋，提高剪力墙的稳定性与刚度。在墙厚设计过程中，需要参考结构层高的最小值，科学选取剪力墙的厚度，确定剪力墙结构支撑点。达到高层建筑结构抗震规定的目的，需要结合建筑的层数、相关材料，完成对底层结构的设计。如果建筑物位于地震频率很大的位置，需要加大底部剪力墙结构的厚度，确保建筑物的抗震性能[6]。由此可见，明确剪力墙厚度的设计要求十分关键，具有很大的研究意义与实施价值。

4.5 确保剪力墙结构参数管控的科学性

高层建筑结构的承重与普通建筑有着很大的差别。设计剪力墙结构的过程当中，设计人员应该注重对相关参数的科学管控，从而使其达到相关规定。科学设计有关结构参数，尤其应该确保位移比例、侧向刚度比例、周期比例设计的科学性，让数据满足相关要求，使高层建筑避免产生扭转、偏心力等问题。所以，对结构参数设计时，应该注重对剪力墙的不规划性加以限值，让相关数据处于标准区间当中。

4.6 做好墙身设计的改进工作

剪力墙结构设计时，应该做好墙身设计的改进工作，以便达到提高建筑结构抗震性能的目的。墙身设计是剪力墙结构设计过程当中必不可少的构成内容。墙身设计时，设计人员应该将结构当中的横向钢筋、竖向钢筋匹配，同时促使斜截面、正截面的抗剪承载力和抗弯承载力紧密结合在一起，达到验算的目的。设计人员应该根据相关规定，科学配置剪力墙钢筋，通过对暗柱、端柱的有效布置，能够完成一、二、三级抗震结构的设计任务，以便提高建筑结构的稳固性与安全性。除此之外，墙身设计时，应该科学布置不同钢筋间的距离，确保墙身设计工作的质量与效果。

4.7 强化对转换层结构的设计

从目前发展情况看，高层建筑呈现出结构功能多样性的趋势。从功能形式方面看，高层建筑是十分复杂的。很多高层建筑的设计均需要在各个部位设计出不一样的功能，所以，设计人员应该编制出科学、可行的设计策略，合理布置相关置换构件，完成建筑结构间的衔接和对转换层的设计。在转换层结构设计的过程中，应该使其质刚度等满足相关规定，经过准确计算之后，发现转换层存在的薄弱位置，并且结合内力分配的特点，不断改进内力设计，进而达到增强转换层性能的目的，凸显出转换层良好的功效。为此，强化对转换层结构设计非常必要。

5 结语

开展高层建筑剪力墙结构设计时，一般会面对十分复杂的情况。由于高层建筑工程项目的数量与日俱增，越来越多的技术人员研究剪力墙结构技术。为此，设计人员应该明确具体的设计重点，进一步提升结构的安全性。从设计人员的角度而言，首先应该系统了解剪力墙结构的类别与特征，编制出科学的设计策略。基于未来的视角下，高层建筑剪力墙结构设计方面的研究数量还会继续增多，相关技术也会更加完善。