高层住宅剪力墙结构优化设计

摘要：本文主要针对高层建筑剪力墙结构的概念设计、对剪力墙应用的优缺点分析、对高层建筑中剪力墙结构的应用分析以及高层建筑剪力墙结构设计优化进行简要分析，仅供参考。

关键词：高层住宅；剪力墙结构；优化设计

中图分类号：TU208 文献标识码： A

一、高层建筑剪力墙结构的概念设计

一幢高层建筑犹如一根竖直放置于嵌固于地基的开孔、带横肋的巨型空间构架式的“悬臂梁”、它不仅要承受“梁”内所有重力荷载的作用并保持稳定，而且要承受风荷载、地震等水平荷载的作用并保持一定的刚度，避免过大的水平位移和振动，保证“梁”内各种建筑装饰、填充墙等不受损坏，以提供“梁”内工作生活的人们有一个舒适的环境、高层建筑结构同时承受垂直和水平荷载，还要抵抗地震作用，在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，通常可以忽略；而在高层建筑中，水平荷载和地震作用将成为控制因素、随着建筑高度增加，位移增加最快，弯矩次之、因此高层建筑设计不仅要有较大的承载能力，而且需要较大的抗侧刚度，以保证水平荷载产生的侧向变形控制在一定范围内、剪力墙结构在水平力作用卜侧向变形的特征为弯曲型剪力墙结构承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大、其特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置、缺点是不能提供大空间房屋，结构性较差。

二、对剪力墙应用的优缺点分析

设计中应用剪力墙将能够有效的提高墙体的结构刚度，由于其整体性较高，所以在耗钢方面也比较低，能够承受侧向较大的形变压力；对于震动的产生具有良好的低于性能。通过对其结构进行合理构造，将能够使其塑性大大增强。由于其整体性能优良，所以在高层建筑、客房当中使用现浇剪力墙结构相对经济性能较高。不仅如此，该方法还有效的提高了室内的清洁度以及外观的美感。

任何设计结构都存在其独有的优点以及缺点，剪力墙结构设计的主要的缺点是整体结构侧向刚度较大，一旦遇到较大的震动，就会导致上部结构施工费用增加。由于剪力墙使用砼墙体，所以建筑的整体重量增加，一旦地震将引起连锁反应，造成危害。墙体内部肢轴压较低，剪力墙无法有效的发挥自身的承载能力。墙体内部使用钢筋数量较少，导致结构在延伸中性能较差。在楼板设计的制约下，剪力墙间距受到限制，整体布局过于紧凑，在公共建筑中没有较为有利的推广价值。

三、对高层建筑中剪力墙结构的应用分析

高层建筑是为了满足现代人生活的重要居住场所，我们在研究中可以把它看成是一种中空的“悬臂梁”，这种结构直接使该建筑在承受自身重量以及载荷的过程中，还需要能够有效的应对外来风力、地震等方面的影响，确保自身的刚度能够承受，避免出现震动或者损坏，确保内部的建筑以及装饰得到良好的保护，为人们的生活提供一个安全的环境。

高层建筑在使用中需要充分的考虑其所承载的水平以及竖直方向的载荷，不仅如此，由于地震因素的影响，综合考虑抗震因素也是非常重要的，所以有效的控制水平载荷与地震因素的联合影响至关重要。建筑物的高度越高，那么其位移量就越大。所以在进行高层建筑设计的时候，需要将承载能力、抗侧刚度等计算在内，对其进行有效控制。如果建筑物的水平侧向力受力较大，那么剪力墙将会发生弯曲。剪力墙能够有效的承载竖直、水平方向上的载荷，其整体性能出色、具有较大的侧向刚度、在水平作用力的影响下产生的位移相对较小，由于没有梁柱等结构所以比较方便使用。但是，如果房间的空间较小，则会导致整体性能下降。如果需要在负一层进行建设，那么可以使用框支剪力墙结构，在进行施工的时候还必须有效的进行转换层的布置。剪力墙是一种能够在竖向、垂直、水平、横向方向上具有较大刚度的结构，所以非常适合建造多高层建筑物。不过，这种结构只能够支撑宾馆、公寓等小型房间的支撑。面对建筑中的大型建筑单位，则需要使用其他的建筑结构进行调整。为了能够达到多种环境适应使用的目的，通过对在矩形平面中运用纵横双向的设计结构、在圆形平面中设计环向设计结构等，将能够有效的提高剪力墙的使用价值以及支撑能力。

四、高层建筑剪力墙结构设计优化

剪力墙结构是高层建筑最普遍使用的一种建筑结构，因为该结构能够有效的提高高层建筑的抗震性能，但是在使用该结构的过程中，要对设计方案进行不断地优化，这样才能将该结构的性能发挥最佳，在进行设计优化的过程中，可以从以下几方面入手：

1、在高层建筑中，剪力墙结构的布置方式比较固定，概括起来只有两种布置方式，一种是沿着主轴的方向；另一种是如果沿着其他方向，切记要双向布置，之所以这样布置主要是因为双向布置能够形成非常恰当的空间结构，尤其是因为剪力墙设计的主要目的是为了提高高层建筑的抗震性能，如果只是单向布置，建筑物两侧的受力就会出现不均衡的现象，其空间性能也不能充分的发挥出来。剪力墙结构与其他结构相比性能比较突出，主要其中在两点，一是抗侧刚度；二是承载力，但是该结构的自身重量却非常大，为了在布置时尽可能的减轻重量，并且时结构性能发挥的更好，在布置时不能要紧密，否则会适得其反。

2、剪力墙结构在设计时，要注意截面尽量不要复杂，而且要保持规则的状态，与此同时，还要保证其竖向刚度要均匀，如果自身的刚度不平均，会影响受力结果，在设计门窗洞口时，一定要注意使其处于上下对齐的状态，并且将其排成一列，这样剪力墙结构中的墙肢以及其他部位都能够十分明确显示出来，而且能够保证应力分布十分规则。在设计时要注意与使用的计算简图相吻合，这样设计出来的结果才能真实可靠。在设计优化过程中，剪力墙结构的洞口十分关键，尤其是在布置经常容易出现错洞现象，但是如果出现这种现象，就需要将设计剪力墙内配筋时要将其设计成框架的形式。

3、如果高层建筑需要设计的剪力墙相对来说比较长，这时就需要将其看作是若干段，但是必须保证每一段的长度都相等，每一段都用弱连梁来连接。在分割的过程中，每段的高度与截面高度要控制在有一定的范围内，两者直接的比值不能超过2，一旦两者之间的比值过高，剪力墙就会出现剪切破坏的现象，这种现象正是由于两者比值过高，而剪力墙产生脆性引起的。在对进行抗震设计时，在洞口的地方如果没有特别要求就不要设计小墙肢，因为这个小墙肢严重影响剪力墙结构整体性能的发挥。

4、在对该结构进行设计时，一定要注意对其进行事先的结构分析，这样才能真实的确定出剪力墙结构的各项指标，通过这些指标就能够确定剪力墙需要设计的具体厚度，在厚度确定之后，还要确定轴压比以及对剪力墙希望参数方面的要求，但是最重要的要求就是高厚比，因为高厚比直接决定了剪力墙设计方案是否符合高层建筑的要求，是否能够将其性能发挥最佳。剪力墙的高厚比必须在允许的范围之内，才能具有最好的效果。其允许高厚比如图1，其中H为层高或剪力墙无支长度的比较值。

当然有些高层建筑对剪力墙的高厚比有着特别的要求，图1中的高厚比并不符合设计的实际要求，这时就需要参考其他文献，保证剪力墙的高厚比符合要求。

5、剪力墙结构最大的特点就是在同一平面内，刚度以及承重力都非常大，但是如果超过这个平面结果则正好相反，所以设计优化的重点就是注意平面之外的弯矩，如果该弯矩能够控制在一定的范围之内，平面外的性能就会大大提高，如果其墙肢与其他平面的梁柱进行连接的情况，这时就需要采取一定的办法尽可能的降低梁端部弯矩对剪力墙结构的外作用力的影响。

结束语

综上所述，本文对剪力墙在高层建筑施工设计中的优化问题进行了简要的探究，合理的应用剪力墙设计结构，将有效的提高高层建筑物的抗侧刚度，同时有效的强化高层建筑物的整体质量及抗震性能，有利于推动建筑行业的蓬勃发展。