1、1高层建筑剪力墙结构设计优化探究【摘 要】中国成功加入世界贸易组织，中国成功举办了奥运会，中国的 GDP 实现了跨越性的增加，一系列事实均表明：中国强大起来了，在世界上扮演着越来越重要的角色。而与之相伴的则是城市化进程的不断推进。现阶段，随着现代化、商业化、工业化和城市化的不断发展，高层建筑顺应社会生产发展和人们生活需求的产物应运而生。在这个建设过程中，剪力墙结构被广泛应用并起到了不小的作用。但是我们也应该看到，现阶段的剪力墙结构还存在着很多不足之处。因此，笔者将在下文中就如何优化高层建筑剪力墙结构设计这一问题进行探究，提出几点自己浅薄的见解，希望能有所裨益。 【关键词】高层建筑；剪力墙结构；
2、优化方案；设计原则 随着中国人口的不断增加和城市化进程的不断推进，城市中可用于居住的土地越来越紧张，这就产生了矛盾。在这种新的历史条件下，高层建筑自然而然的应运而生。而在建设高层建筑的过程中，剪力墙结构由于具有较之框架结构更加简洁灵活，且具有一定的美观性，可以满足人们对于平面和立体空间的要求的特点而被广泛使用。可是正如俗话所说：“人无完人”剪力墙结构也不例外，其抗震能力有限，结构延性较差。因此，我们需要对其进行优化设计以使其更好的满足人们的需要，适应新的历史条件下的新的要求。 1.高层建筑剪力墙结构的相关概念： 2剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，可以承担各类荷载引起的内力，
3、并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙因其孔洞的大小和数量的不同，影响其受力特点、内力分布和变形状态，按其开洞的情况，可分为整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等。不同的墙体有着不同的特点，适用于不同的情况。 2.高层建筑剪力墙结构的相关优缺点： 古人曾说过：“知己知彼，百战不殆” 。因而在了解了高层建筑剪力墙的相关概念后，我们必须更加深入的分析其优缺点才能更好的研究剪力墙结构，以期更好地利用它为我们服务。 高层剪力墙的特点：剪力墙结构的墙肢的长度通常远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏
4、心受拉构件。在低层建筑中，水平面所产生的荷载和发生的位移都较小，近乎可以忽略不计。可是随着层数的增加，水平荷载和地震作用将逐渐成为控制因素，其中位移占据主导位置，弯矩次之。因此这便对高层建筑剪力墙结构设计提出了更高的要求，要求其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。所以优化设计方案十分重要。剪力墙结构的相关优点： （1）采用剪力墙可以让承重墙与分隔墙连为一体，从而使得其经济适用。目前大多数以小房间为主的住宅、宾馆、单身公寓多采用这样的结构，从而既保障了房屋的稳定性，又具有经济实惠的优点。 3（2）相对于同一房屋的框架结构，剪力墙结构更为
5、简洁、宽敞，因而其使用功能要更好，能给予住户相对充分的空间去自由改造，给予建筑师一定的灵活度去建造，所以受到了广泛的使用。 （3）剪力墙结构具有较好的抵抗水平荷载的能力，抗侧移刚度大，侧移小，室内墙面较为平整，这样不仅会使室内较框架结构简洁，没有露梁和露柱现象，而且外形美观，有利于装修，更加便于室内布置。 （4）由于剪力墙结构具有自重大的特点，所以吸收地震的能量大，因而具有一定的稳定性和安全性；又由于剪力墙截面弯曲破坏极限承载力较好，可以按照全截面的抗弯计算，所以当剪力墙的洞口较小时，其整体的性能比较好，因而其性价比还是相当高的。 剪力墙结构的相关缺点： （1）由于剪力墙结构具有抗侧移刚度较大
6、的特点，因此在某些特殊情况下可能会造成较大的地震反应，为了保证结构的稳定性，所以在使用时需要加大基础及上部结构的建设规模，从而造成了费用投入的增大。（2）与上一条类似，由于剪力墙结构的墙体采用混凝土浇筑，使得建筑物的质量和自重增加，因而在地震反应中会加强地震效果，造成一定程度上的损失和浪费。 （3）剪力墙结构中某些地方利用的不充分，如：剪力墙结构中的各个墙肢的轴压通常不大，这样就不能时负载较为平均的分配，从而导致不能在一定程度上充分发挥各个墙肢的承载能力。 （4）延性是结构性能的一个重要指标，而剪力墙结构的墙体多为构4造配筋，而且其配筋率一般较低，因而虽然其简便灵活，但是其结构的延性受到了很大
7、程度的限制。 3.高层建筑剪力墙结构设计原则： 通过上面的介绍，相信读者已经对剪力墙结构的定义及相关优缺点有了一个较为清晰的了解，又因为我们总是想使物尽其用，在现实生活中尽量做到性价比最高，所以就需要以使剪力墙结构既满足位移限值的要求，又能充分发挥出其所起到的抗侧力构件的作用，做到安全、经济合理为原则进行设计。如在确定剪力墙结构合理数量的原则就是：在满足规范规定的位移限值条件的前提下，剪力墙结构的数量应尽量减少。只有这样，才能体现出其在经济方面的价值。但是如果一味的贪图实惠，那么整个建筑的稳定性与抗震性都会受到影响，所以国家有相关的规定：满足在基本振型地震作用下，剪力墙结构部分承受的地震倾覆力
8、矩大于结构总地震倾覆力矩的 50%。同时，规范规定框架部分承担的剪力至少为底部总剪力的 20%，或各层框架承担的地震总剪力中最大值的 1.5。这样确定了相关的原则后，就可以在保障建筑质量的前提下有效地节约成本了。 4.优化高层建筑剪力墙结构设计的相关方案： （1）根据具体情况控制剪力墙的厚度：剪力墙的墙体如果太薄，那么其抗震能力以及负载能力一定会大打折扣，从而使整座建筑的相关参数不合格，工程质量受到极大影响，甚至可能会造成安全隐患，给人民带来生命和财产损失。剪力墙的墙体如果太厚，不仅缩小了住户可利用的空间，而且会造成浪费，给建筑商带来不小的损失。因此，在建设过5程中，施工单位万万不能急于施工，
9、而应根据具体情况，进行精确计算。（2）尽量做到不出现独立的小墙肢且剪力墙刚度应适度：剪力墙结构本身就承载着较大的负荷，且延性不足，这种情况下，只有尽力做到将压力平均分配到每个墙肢上才能有效的提高结构的性能。因此，如果出现了独立的小墙肢，那么正如同木桶出现了短板，整个结构的负载能力就会大打折扣。并且，正如俗话所说：“刚则以摧” ，所以如果剪力墙的刚度过大的话，其延性不足的特点就会突出的暴露出来。所以国家有明确的相关规定，就是为了在保证其经济效益的同时，保证其质量，切实以实际行动维护人民利益。 （3）要根据具体情况，对剪力墙的连梁进行有效的调整，只有这样，才能保证剪力墙结构的稳定性，从而提高整个建
10、筑的相关性能。出于对其进行规范的目的，国家出台了相关的法律规定，如高规中规定剪力墙长度不宜大于 8m，当大于 8m 时，宜采用弱连梁将其分开。 同时还规定跨度和高度比不小于 5 的连梁宜按框架梁进行设计；有地震作用组合时，对于高度和跨度比大于 2.5 及小于 2.5 两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面有不同规定。而为了避免在正常使用或在轻微地震的条件下连梁出现裂缝，为人们埋下安全隐患，连梁调整后的弯矩、剪力的设计值都应大于或等于实际使用状况的值，只有这样，才能保证结构一定的抗压能力。 5.结语： 在未来的一段时间里，随着中国经济的不断发展，高层建筑也将继6续涌现，与此同时，高层建筑剪力墙结构也必将得到广泛应用。虽然剪力墙结构具有延性差、抗压性不好的特点，但是其经济实惠，综合性能强的特点使其自然而然的被大量运用。并且，只要我们根据具体情况进行分析，不断优化剪力墙结构的设计，就一定可以弥补其不足，从而达到我们想要的效果。 参考文献： 1朱家瑾.居住区规划设计 （第二版 ）M，中国建筑工业出版社.146-148 2郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析J.建材技术与应用，2011， （1）. 3付任刚.浅谈剪力墙结构设计心得J.价值工程，2010，2.
