剪力墙在高层住宅建筑结构设计中的优化与应用

剪力墙在高层住宅建筑结构设计中的优化与应用

陆辉东

中信建筑设计研究总院有限公司   湖北省武汉市   430000

摘要：剪力墙作为建筑工程设计中最常用的结构形式之一，其重要性和应用已经逐渐得到广泛认可。剪力墙结构设计环节中，设计人员要结合工程项目的具体情况，在全面调研分析后落实规范化设计方案，确保水平荷载、竖向荷载、配件设置、计算分析等工作都能顺利开展，最大程度上提高综合作业的质量，减少隐患遗留。基于此，本文主要分析了剪力墙在高层住宅建筑结构设计中的优化与应用。

关键词：建筑工程设计；剪力墙；结构设计

中图分类号：TU972文献标识码：A

引言

现如今剪力墙结构应用方式和应用理念还存在一些问题，需要得到改进与加强，无论是技术还是设备材料，相比较于发达国家来说，我国的剪力墙结构尚且存在一些差距，剪力墙的设计需要充分考虑荷载特点和结构需求，以保障高层建筑的安全性和可靠性。因此，在高层建筑的结构设计中，科学合理的剪力墙设计方法具有重要意义，为建筑的舒适使用和安全运营提供了有力支持。

1剪力墙的构成

剪力墙是一种常见的结构体系，其主要构成部分包括墙体、楼板和基础。其中，墙体是该结构体系最主要的构成部分。墙体采用混凝土或砖石构造，作为承担水平荷载的主体力量构造，其在结构体系中承担着重要的作用，承担着地震和风荷载的作用，具有很强的抗震能力。楼板则是作为剪力墙承载面的另一部分，通过水平约束墙体，形成整体结构。楼板与剪力墙之间通过水平钢筋连接，可以增加结构的整体性和可靠性。因此，楼板对于剪力墙的承载非常重要。基础则是承担剪力墙及其荷载的重量的一部分，同时在承受地震或风荷载作用时，为墙体提供足够的稳定性保障[1]。

2剪力墙在高层住宅建筑结构设计中的优化与应用

2.1剪力墙布置

剪力墙的布置与数量的优化是确保结构稳定性和经济性的重要步骤。根据建筑的形状、用途和结构要求，选择最合适的剪力墙布置方式。例如，平面剪力墙、柱形剪力墙或核心剪力墙等，可以根据建筑特点进行选择，不同的布置方式会影响结构在地震或风荷载下的性能。剪力墙的布置方式需要与建筑的整体结构相协调，通过考虑其他结构元素如柱、梁等的位置优化剪力墙的布置，以确保整个结构能够协同工作，形成一个稳定的体系。

2.2承重设计

剪力墙作为抗震结构的一种，其主要作用是承担建筑物的垂直荷载和水平荷载。在承重设计中，需要考虑剪力墙的承载能力、强度、刚度、稳定性等方面的问题。为了保证建筑物的安全稳定，剪力墙的设计需要满足相应的承重要求。剪力墙的承载能力与其厚度、高度、长度等因素有关。在设计时，需要根据建筑物的荷载情况和工程实际情况，计算出剪力墙的承载能力，以确定其尺寸和厚度。还需要考虑剪力墙本身的强度和稳定性，以保证其在受力状态下不会发生屈曲和破坏[2]。

2.3剪力墙平面设计的布置

在平面布置环节中，结构的质心和刚心要尽量紧贴，并配合抗震设计处理方案，更好地维持主轴方向抗侧刚度和振动性能的一致性，提高综合作业的基本水平。第一，剪力墙的位置和数量需要满足结构的稳定性和强度要求。在平面布置上，剪力墙应尽可能地布置在建筑结构的核心位置，即建筑平面的中心位置或其附近，以确保剪力墙具有足够的抗震能力和承载能力。第二，剪力墙的布置需要考虑地震力的作用方向和大小。在地震作用方向上，应将剪力墙设置在地震力作用的主要方向上，以最大限度地发挥其抗震能力。在地震力大小上，应根据建筑所在地区的地震烈度和结构的抗震等级，选择合适的剪力墙数量和位置，以确保结构在地震作用下具有足够的强度和稳定性。

2.4合理设计剪力墙配筋

剪力墙的配筋应依据其受力特点和设计要求确定。墙体配筋包括水平分布筋和竖向分布筋，通常其配筋应具备足够的抗拉承载能力和强度，以抵抗地震力和其他荷载的作用。对于剪力墙分布钢筋配置工作，要依照设计要求和规范落实相关环节，维系具体作业的稳定性和科学性。其中，一级抗震、二级抗震、三级抗震设计时一般剪力墙竖向和水平分布筋的配筋率不应小于0.25%。而对于四级抗震设计和非抗震设计，对应的配筋率不应小于0.20%。与此同时，剪力墙的竖向以及水平方向钢筋间距也要满足设计要求，间距控制在300mm以内，提高整体剪力墙结构的稳定性和安全性。

2.5剪力墙边缘构件

边缘构件一般来说包括剪力墙的翼墙、暗柱、端柱，因此，在实际设计的过程中可以使用约束边缘构件、构造边缘构件两种设计方案，从而对边缘构件部位进行有效优化与改进。同时，这两种设计方案对施工方式也有着一定的不同与区别，例如构造边缘构件墙体分布筋可替代其箍筋做法，但是主要施工目的均为保证剪力墙边缘构件的整体性能水平。而这一工作在实际使用的过程中，要求相关人员根据工程的实际情况来对剪力墙墙体大小进行计算，随后对翼墙、暗柱、端柱等位置进行重新优化，也可以根据实际情况来增加或者控制两者的截面尺寸或者配筋数量，这都能够有效的改善剪力墙实际性能，可以起到非常好的优化作用

[3]。

2.6剪力墙开洞处理

在高层建筑结构的剪力墙设计中，如何处理剪力墙的开洞是一个关键问题，因为这些开口会减小剪力墙的有效面积，削弱剪力墙的承载能力，会明显影响剪力墙的力学性能。剪力墙在不可避免的情况下必须开洞时，应规则开洞，洞口成列、成排布置，应能形成明确的墙肢和连梁。这样可以使剪力墙的应力分布比较规则，使设计计算结果安全可靠。剪力墙结构不宜布置错洞剪力墙，更不宜布置叠合错洞剪力墙，因为这样的墙体应力分布复杂，计算、构造都比较复杂和困难。当不可避免错洞墙时，错洞墙洞口的水平距离应大于两米，在设计时，应采用有限元等可靠方法仔细计算分析。

2.7连梁的布置

剪力墙之间设置的连梁可分为弱连梁和强连梁，根据强剪弱弯的延性要求，在计算连梁斜截面受剪承载力时，应注意采用相应连梁剪力增大系数调整后的剪力设计值，并进行剪压比验算。必须要从以下几个方面进行优化与改进，这样才能够提升工程质量水平：首先，需要结合实际工程情况来对连续梁进行分析，保证连续梁的高度、连接效果、整体承载能力都可以满足剪力墙的质量要求，维护剪力墙的使用效果，避免受到影响。其次，连续梁对剪力墙抗震能力起到了非常重要的影响意义，因此不仅剪力墙需要进行抗震设计，连续梁在建设期间也需要做好抗震优化工作。最后，为了保证连续梁的抗震效果，在设计初期需要针对连续梁的受力范围与受力状态进行准确评估计算，避免连续梁的荷载超过自身的承载能力标准，进而出现崩溃等情况[4]。

2.8剪力墙的抗震性能

剪力墙在高层建筑中的抗震性能以及与其他结构形式相比的优势使得它成为抗震设计中常用的关键元素，在设计中，工程师需要综合考虑建筑的高度、形状、用途等因素，以确定最适合的结构方案。剪力墙抗震主要计算水平地震作用，是否考虑计算竖向地震作用可以按规范要求和项目详情确定，抗震计算方法主要为底部剪力法，振型分解反应谱法与时程分析方法。为提升整体结构的抗震能力，可适当增强边框剪力墙。此改进措施可有效增加墙肢抗震能力及稳定性。

结束语

剪力墙在高层建筑中起到了至关重要的作用，特别是在面对地震和风荷载等外部力的作用时。剪力墙是高层建筑抗震设计中最为重要的组成部分之一，由于其垂直于地面布置，能够有效地吸收和传递水平地震力，剪力墙的刚度和强度使其成为高层建筑中主要的抗震构件，提高了整体结构的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]王建宁.高层建筑结构设计中剪力墙结构关键点分析[J].居业,2018(4):65+67.

[2]王振宏.剪力墙结构在高层住宅建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰,2018(10):104-105.

[3]侯松.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].建材与装饰,2017(49):91-92.

[4]战勃旭.浅析高层建筑结构设计中剪力墙结构的要点[J].门窗,2017(9):141.