高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略

高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略

王宁

连云港梁益房地产开发有限公司江苏省连云港市222000

摘要：所谓剪力墙就是指纵、横向的主要承重构件为结构墙体的结构。当将墙体放置于建筑中的适当的位置时，它们之间就可以形成一种有效抵抗水平作用的结构体系，同时还可以分割空间。剪力墙是高层民用建筑中不可缺少的一部分，能够承担各种荷载引起的内力，并且还不能使室内空间合理布局，在进行设计时一定要考虑其经济型、科学性、合理性，充分发挥其作用。本文主要针对高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略进行简要分析。

关键词：高层；民用建筑；剪力墙；结构设计；特点；优化策略

1高层民用建筑剪力墙结构设计特点及要求

1.1结构设计特点

分析高层民用建筑剪力墙结构设计的特点需要了解高层民用建筑结构及剪力墙的具体构造。一般情况下，高层民用建筑对结构设计时的垂直和水平方向上的承载力有相关要求，表现在剪力墙结构设计中即提高剪力墙结构稳定性。剪力墙结构设计要考虑墙体结构抵抗地震等自然震动的能力，尽量避免出现结构变形。由此可知，剪力墙结构设计呈现出高稳定性和高荷载力的特点，剪力墙结构为整体承重结构，可提高结构整体性与美观度。

1.2结构设计要求

剪力墙是建筑结构中的重要结构形式，这种结构形式能够承受建筑水平及竖向荷载，防止结构受剪破坏。剪力墙又称为抗震墙，侧向变形小，延展性好且能承受较大的荷载，表现出优秀的抗震性能。在进行剪力墙结构设计时需要满足以下设计要求：悬臂剪力墙墙肢的结构设计，要设计好墙肢底截面的设计；按照设计标准中的墙体洞口对剪力墙进行分类，可分为整体墙与连肢墙。不同的墙体类型需要进行不同的细节设计；做好连肢墙的结构设计。尤其要注意墙肢较小时的墙肢轴压比值的计算。当连肢墙的洞口开的较大降低了墙肢刚度时，此时要将连肢墙看作框架结构进行设计。把握住剪力墙结构设计的具体要求，在设计过程中不断优化结构设计细节，是高层民用建筑剪力墙结构设计的重要内容。

2高层民用建筑剪力墙结构的设计原则

剪力墙的结构设计和剪力墙的布置合理与否有很大的关系，所以，在实际的设计当中首先要合理布置剪力墙，保证后续的结构设计的计算能够满足要求。在进行剪力墙的设计时一定要遵循以下原则：

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

2.6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。

2.7在实际的设计过程中应该尽量控制剪力墙平面外弯矩，一般可以通过设置适量的扶壁柱或者是增加墙肢的方式来降低弯矩对剪力墙造成的不利影响，针对一些截面较小的柱梁可以将其设计为铰接减少外弯矩。

2.8在连梁上尽量不要直接设置主梁，这主要是因为主梁的尾部没有达到要求，连梁没有足够的机械强度去抵抗平面外弯矩，另外这种设置对于连梁也是十分不利的，很容易导致连梁出现裂缝。

3高层民用建筑剪力墙结构的设计及优化

3.1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的留有空间，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。

3.2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。

3.3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。

3.4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。

3.5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。

4结束语

综上所述，高层建筑结构在当前建筑形式中普遍存在，高层民用建筑已经成为居住型住宅的主要形式。良好的剪力墙结构设计能显著提升高层民用建筑稳定性及建筑抵抗地震的能力。高层民用建筑剪力墙结构设计人员必须把握住结构设计特点，从优化具体的剪力墙结构设计和计算环节出发，改善高层民用建筑剪力墙结构设计现状。

参考文献

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[2]浅论高层民用建筑剪力墙结构设计[J].牛佳川.价值工程.2018(33)

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