高层剪力墙结构设计中软弱层的控制方法

余明扬

(泉州市住宅建筑设计院，福建 泉州 362000)

0 前 言

为进一步提升现代高层建筑设计的安全性，设计人员必须根据用户的需求与市场环境的变化调整结构体系，推出更为简单、直观、建造难度较低的结构设计方案，革新剪力墙框架结构体系，拓展框架的设计路径与构造空间，适当地提升剪力墙结构的刚度，避免高层建筑中位于较高层数的楼层在外部压力的影响下发生位移，防止造成建筑物不稳定的软弱层出现，显著强化建筑物的防震性能与结构稳定性。设计者应当立足于具体情况，为剪力墙结构选择适当的位置与尺寸，让高层建筑中不同楼层的侧向刚度保持完全一致，以此均匀分配建筑物的横向压力与侧向压力，全面提升建筑内部框架结构的荷载能力，避免建筑物因受力不均匀而发生程度不一的形变。

1 高层建筑中剪力墙结构的基本特性

剪力墙结构是我国高层建筑中常见的内部建筑结构之一，设计者应当根据建筑本身的基本特性与构造，选择正确的剪力墙设计方法，缓解楼层所承受的压力与形变负担，统一剪力墙结构的尺寸与大小，保证建筑的质量符合行业主流的规定，在扩充剪力墙尺寸大小的同时缩减其厚度，强化剪力墙结构的荷载能力与结构稳定性，同时避免此类结构因厚度过大而占据较大的建筑内部空间。设计人员必须把握剪力墙的受力关系，提出能够帮助墙体缓解横向与竖向压力的设计方案，认识到墙体结构所承载的结构性负担，降低墙体的受力水平，控制造成剪力墙结构内部结构刚度发生变化的环境因素，控制结构的自振周期，合理应用高层次的建筑技术[1]。

高层建筑的设计者必须根据具体的建筑质量要求，调整建筑内外墙的设计方式，让高层建筑不同楼层的主梁与承重墙构成较为完善的平面结构框架，控制框架体系的布置方向，通过设计水平荷载较大的建筑结构，调节侧向刚度。此类建筑结构所占用的空间较为狭小，墙体结构之间的间距较大，导致建筑的平面设计方式受到了一定的限制[2]。

2 剪力墙结构设计的基本要点分析

2.1 控制剪力墙的厚度，节省建筑内部空间

剪力墙的结构设计方式与高层建筑的稳定性息息相关，为了满足基本的设计质量要求，必须基于稳定性原则设计建造方案，控制墙体的厚度，在墙体的整体厚度超过固定标准时，设计人员可在墙体端部设计多个连接点，并使用经过强化的钢筋插入此类连接点，以此全面提升墙体的稳定性与抗偏移能力，满足基本的墙体厚度、刚度、承载能力的要求，让受到过大压力的墙体在钢筋的支撑下保持结构稳定性，避免因各类自然灾害影响发生墙体龟裂或结构性位移、形变问题。工程建造人员在设计剪力墙结构的各项基本属性时，必须结合实际情况做出正确的分析与预判，基于建筑的层数与基本构造调整剪力墙的厚度，对设计方案做出一定的调整，选择可强化结构荷载能力、分散应力的正确支撑点，设计人员通常在剪力墙与楼板、门框的交界处设置多个支撑点，保证高层建筑的强度能够达到计划中的抗震能力标准，主动使用多种能够起到加固作用的工程材料，强化建筑底部剪力墙结构的墙体厚度[3]。

2.2 调节结构布局，丰富建筑使用功能

设计人员必须明确认识到高层建筑物的基本功能，结合建筑物的主要使用方式与住户的个人需求，调整剪力墙的设计方案，推出富有新意的设计计划，主动将剪力墙结构布置于建筑物内部结构性压力较大的位置，如走廊的转角部位、悬空的独立阳台等，降低不同楼层所承载的结构性应力，保证剪力墙能够融入建筑的内部结构之中，使之维持双向均匀、对称统一的形态，降低剪力墙结构之间的空间距离，让建筑平面的重心保持稳定状态，保证剪力墙发挥空间隔离效果，突出内在建筑结构的可调整性与合理性，在剪力墙的内部交接位置设计多个横向的构件，强化建筑楼层在平面边缘位置的荷载能力与稳定性，满足设计计划中的刚度要求[4]。

2.3 找出结构内部的主要受力点

设计者必须根据建筑结构内部水平力与竖向力的客观作用机制，调节剪力墙的延性设计，让建筑结构具备较强的结构紧密性与延展性，避免因墙体刚性过大而造成结构形变，分析建筑结构所承载的内部应力的具体来源，把握剪力墙建造的基本原则，避免建筑内部的压力集中作用于某一楼层中的剪力墙结构上，而是应当推出全新的截面设计，将剪力墙设置在建筑内部结构的主要受力点附近，突出剪力墙结构的分散性与均衡性，防止因楼层平面面积过大导致应力分散、加剧结构的形变速度[5]。

3 提升结构强度、避免出现软弱层的正确设计方法

3.1 控制主梁刚度，拓展连梁的截面面积

为了全面强化高层建筑的结构强度，使之满足新时代建筑建造活动的基本要求，工作人员必须根据现代建筑行业的主流质量标准，对剪力墙结构的轴压比进行调整，控制建筑结构在横向张力的影响下所产生的形变的具体幅度，降低剪力墙结构中发挥支撑作用的钢筋的数量，让高层建筑在地震等自然灾害的影响下保持稳定，强化建筑内部结构的受力性能，拓展剪力墙主梁与连梁的截面面积，工作人员必须基于材料力学的基本原理，把握剪力墙的横向荷载作用路径，精确计算剪力墙在外界压力影响下所发生的形变与位移的方向，研究在承载较大的结构应力的情况下剪力墙的变形幅度大小。工作人员必须意识到剪力墙结构中连梁的基本特性，通过多种辅助性设计强化墙体的刚度，使之发挥在极端情况下分散建筑内部结构荷载的基本作用，让内力从可控制的渠道发散到不同的楼层之中，通过强化连梁的承载能力，可使之达到既定的设计要求，避免产生意外的墙体受损或主梁弯曲等问题，适当地提升连梁的高度，以此提升其抗剪能力。

3.2 把握设计要点，强化建筑的抗震能力

为了提升建筑结构的抗压能力，保证高层建筑不同楼层所承载的结构应力与压力处于同一层级，设计人员应当根据实际情况，重点强化建筑底部结构的承载能力与稳定性，控制建筑在极端的水平位移状态的力矩，适当地提升剪力墙的剪力设计值，增加截面的厚度，缩小剪力墙结构所占用的建筑物内部空间，将剪力墙墙体的截面厚度控制在2～3 cm，提升剪力墙的稳定性，在较大的范围内强化剪力墙的荷载能力，提升建筑物的抗震能力，做出连接剪力墙竖向平面与横向平面的有效设计方案，缩小墙轴与建筑物重心的距离，保障上下建筑楼层在应力分散结构层面的一致性，形成强度较高、切入点较为明显的抗侧力，保证建筑物的主体结构的完整性，限制楼层之间位移运动的范围与幅度大小。

3.3 安装剪力墙构件，提升结构稳定性

设计人员应当根据具体的建筑质量要求，调整不同楼层中剪力墙结构的数量与具体的长度，强化建筑物内部结构的刚度，在提升结构层数的同时，分散不同楼层所承受的竖向荷载，添加更多的剪力墙构件，控制承受不同等级压力的剪力墙结构的轴压比，剪力墙结构越复杂，其所承受的水平横向荷载就越大，为了满足主流的轴压比需求，工作人员必须在剪力墙结构中添加能够分散压力、缓冲水平地震作用的大型构件，避免软弱层的产生与扩张。例如在遭遇强度较大的水平应力的作用时，剪力墙构件能够承受较大的重力荷载，防止剪力墙结构底端的部分受到过大的压力而发生形变或因混凝土结构分裂而发生塌陷。工作人员应当按照行业内部的规范要求，严格控制剪力墙构件的配置方式，选择正确的安装地点。

设计人员必须保证建筑内部所安装的剪力墙构件能够发挥应有的作用，分析剪力墙结构在弹性形变活动中所承受的压力与水平应力，并以此为依据调整结构构件的强度与荷载能力，做好内力分析工作，控制不同楼层之间位移角的大小，让剪力墙结构中的整体框架保持稳定状态。工作人员可借助高性能的计算机设备，分析、计算结构自振周期，并以此为依据调整剪力墙的布置方式，选择正确路径添加具备较强荷载能力的构件，提升剪力墙布置的合理性。

4 结 论

现代高层建筑设计应当保证满足不同楼层侧向刚度一致的基本设计要求，全面强化剪力墙结构的荷载能力，防止容易造成结构性形变或墙体受压开裂的软弱层出现，让建筑工程达到行业主流的质量标准，使用正确的处理方法与加固方法，对不同楼层所承受的结构性压力进行调整，以此提升建筑工程的质量，保证承建单位能够获得良好的经济效益与社会效益，使处于较高楼层的剪力墙结构能够克服造成水平位移与横向偏移的自然灾害的影响，如风灾、地震等，降低次生灾害的发生概率，严格控制高层建筑地基变形或因受压过大而发生龟裂的问题。

[ID：013724]