高层建筑剪力墙结构设计要点分析

王文达

摘要：建筑剪力墙结构广泛应用于各类建筑，科学、合理的设计，是保证建筑结构可靠安全的关键因素。剪力墙结构能够有效地确保建筑整体结构的稳固性以及耐用性，为进一步发挥剪力墙结构在高层建筑中的应用优势，设计人员需要对剪力墙结构树立清晰的认知，明确掌握剪力墙设计要点，确保实际设计过程中形成的结构有效满足建筑结构设计要求。本文对高层建筑剪力墙结构设计问题进行了分析。

关键词：剪力墙；结构设计；抗震；安全

前言：

建筑工程结构中，发挥主要支撑作用的是剪力墙，其保证建筑工程有较高稳定性，提高整体建筑的抗震性能，并具有良好刚度。剪力墙结构是一种常见的抗震结构体系，其主要由垂直设置的墙体组成，用于承受水平荷载（如地震荷载）的作用，剪力墙具有较高的刚性和强度，能够有效地吸收和分散水平力，提供建筑结构的稳定性和安全性。为了保证剪力墙在建筑工程中切实发挥作用，就要强化其结构设计工作。

1、剪力墙结构概述

剪力墙结构是利用建筑的内墙或外墙做成剪力墙以承受水平和垂直荷载的结构。相较于另一种常见的结构框架体系而言，剪力墙结构从安全与布置灵活等角度更胜一筹。剪力墙结构是一种在纵向和横向两个方向上的主要承载构件都是结构墙体的一种结构形式。在建筑中，如果墙体的布置在适当的地方，就可以构成一个既能有效地抵御水平荷载，又能对空间进行分隔的结构系统。在墙体的水平面上，墙体的抗侧移刚度非常大，而墙体的水平面上，墙体的水平面上的抗侧移刚度非常小，可以忽略不计。剪力墙可以根据建筑的布局和功能需求进行合理的设计和布置。由于其垂直布置，剪力墙可以最大限度地利用建筑的空间，并提供柔性的布局选项。这使得设计师能够更好地满足建筑内部空间的需求。剪力墙结构相对于其他传统的结构形式，例如框架结构，可以减少结构使用的材料数量。在剪力墙结构中，是以钢筋混凝土墙肢作为吸纳地震力的主体构件的，且与钢筋混凝土梁一并用于承受内部压力，并确保各方向受力平衡，以减少整体失稳，局部震动及剪切破坏的可能性。为了确保建筑的安全性，剪力墙建筑的主体材料都使用钢筋混凝土，其中剪力墙结构刚度大，抗侧力性能好，抗震性能更佳，能够在很多方面被运用。

由于其连续的墙体结构，剪力墙可以提供较高的抗侧向刚度和稳定性，从而减少了需要使用的钢筋和混凝土量。这有助于节约材料和降低施工成本。剪力墙在高层建筑中扮演着重要角色，能够提供承载和传递荷载、提供刚度和稳定性、提供空间利用和布局灵活性，并且能够节约材料和施工成本。因此，在高层建筑的结构设计中，剪力墙的合理设计和优化是至关重要的，需要综合考虑建筑层数和高度，建筑所在区域地震烈度等因素，保证建筑的功能要求的前提下，建模验算墙肢在各方向的长度，从而兼顾安全性与经济性。因此剪力墙结构被广泛运用于建筑结构地设计之中。

2、建筑剪力墙结构设计控制要点

2.1剪力墙结构长度与厚度设计

增加剪力墙的长度可以有效提高剪力墙的延性，高且长的砼墙的稳定性更佳，能够有效地降低结构因脆性引发的墙肢破坏，因此剪力墙的长度往往通需要控制在八米之内。但是在具体设计中，由于建筑功能不同等各种原因，会使得墙肢长度不得不超过八米，为了保证这类墙仍具有较好的延性，可以采用开洞的方式把墙肢分为成长度较短的连肢墙。 在墙很长的情况下，开口设计要合理，墙高与截面高之比不大于2时，宜将长墙划分为几个较小的连接墙，这些连接墙的长度相对较小且均匀。开口的位置应使用弱连接梁，其弯矩不受限制。而对于洞口的部分，可以利用弯曲度相对较小的弱连梁进行连结，从而将过长的墙体分隔为独立的较短墙。

剪力墙的厚度直接影响其抗剪强度和刚度，因此剪力墙的厚度应满足强度要求，能够承受地震和其他荷载引起的水平力，剪力墙的厚度也会影响其刚度，较大的厚度会增加整体刚度并提高抗剪能力。在设计中，需要根据结构的刚度要求选择适当的厚度，剪力墙的厚度通常与其高度有关，较大的高度需要适当增加厚度以保证足够的抗剪强度和刚度。剪力墙的厚度不仅要考虑到承受水平荷载的要求，还要考虑到耐久性、阻燃性及其它因素。剪力墙的厚度设计需要进行结构力学和材料力学的计算和分析，以确定其承载能力和可靠性。对于高层建筑，规范中对砼墙的厚度有具体的要求，剪力墙厚度最好能与填充墙厚度保持一致，从而保证剪力墙较强的刚度，避免其因受重力或地震力等因素产生结构形变和破坏。

2.2剪力墙位置的布置

在设计剪力墙时，要保证结构平面布置的刚度中心与质量中心尽量重合，剪力墙中心的刚度与墙的刚度有良好的对应性，墙的平衡能力提高。剪力墙建议按双向布置，并应保障墙体竖向的连续性，这样使结构即能保有一定的侧向压力，受力还能更为均匀。条件允许的情况下，最好可以延结构中轴线进行双向对称均匀布置，这样可以使结构刚心与质心尽量重合一致，从而实现更好的抗震效果，还能降低结构扭曲变形的程度。在设计的具体过程中，应尽可能减少“一”字型墙肢，降低墙体失稳的出现概率，宜布置“L”型或“T”型的墙肢。L型墙肢和T型墙肢具有良好的稳定性，能够实现对框架梁和墙肢端部的锚固需求。一字墙的结构稳定性较差，在地震作用下可能会出现平面外破坏，而复杂形状的转折墙体则会在无形中增加对边缘构件的使用数量，导致建筑成本增加。剪力墙要尽可能采用连续设置的形式，形成贯通的连肢剪力墙，这是剪力墙的抗侧力性能能够得到最大。

剪力墙的材料和型号应进行统一设计，确保结构的一致性和整体协调性，优先选择高品质的混凝土或钢筋混凝土；布置剪力墙时需考虑结构的竖向连续性，以确保结构在地震作用下的整体稳定性，在模型计算中，刚度、位移、周期等方面应符合设计标准及相应规范的规定。另外，在砼墙需要留置洞口的位置应加强加固，构成有一定刚度的连梁，开设的洞口建议均匀分布，以实现力的均衡传递和分布，达成优化剪力墙整体结构的目的。

2.3剪力墙的抗震设计

在高层建筑结构设计中，剪力墙结构关系到高层建筑的安全性和稳定性，如何优化剪力墙设计方案从而提升高层住宅的抗震性能，成为亟待解决的问题。高层建筑的特殊性要求其在建筑时能够具有较高的抗震性能，才能够应对地震等突发情况，维护使用安全。在对高层建筑剪力墙住宅结构的设计中，首要问题在于对剪力墙抗震性能的优化。要求高层建筑的抗震等级要高于规定值，这样才能够保障在外部因素的影响下仍然能够保持良好的承载性能。同时，根据剪力墙所受到的地震荷载和结构响应，能够确定剪力墙的尺寸和配筋，以满足地震设计要求，厚度的确定、纵向配筋和横向配筋的设计等，通过对剪力墙结构的设计进行评估，验证其在地震力作用下的性能和安全性，使用各种准则和指标进行评估，如最大位移限值、剪力墙破坏形式、位移控制等。剪力墙结构抗震性能优越，剪力墙的结构在设计的时候就需要确保是单向布置的，那么建筑扭转效应是可以在刚度在X、Y轴两个的方向上是保持的基本相同从而减少的是最大程度的。 而抵抗侧向力在剪力墙结构中来说是能力大的，有着较小的自振周期，需要积极地发挥出剪力墙本身的最大程度的优势，从而就可以将纵横墙体的厚度进行适当地减薄，使得地震力的吸纳情况不会因为过大的刚度而减少。平面内的刚度和较大的承载力在剪力墙本身来说就是其特点，然而相对来说较小的就是平面以外的刚度和承载力，在墙肢平面外弯矩是因为交接剪力墙与平面外的量的时候，容易引发抗剪不足和墙体失稳，从而威胁到整个楼面结构的安全性，所以，在墙体横截面偏小时，应该利用铰接或半刚接法来调整墙体的平面外弯矩。 

2.4剪力墙边缘构件的设计

边缘构件的设计需要具有较高的安全性。在建筑结构设计中，边缘构件处于整个结构体系的边缘处，其所承受的荷载也将相较于中心部位更为复杂多变。因此，边缘构件需要具备强大的抗压、抗拉能力，同时要有较好的变形性能。剪力墙的边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件，它们均可起到改善墙体受力性能的作用。在一、二级抗震的落地式的剪力墙及一、二、三、四级非落地式的剪力墙，在底部加强层及上一层应设置约束边缘构件，其它层设构造边缘构件，在重力荷载代表值下的底部加强区墙肢轴压比小于规范规定时可只设构造边缘构件。在剪力墙中设置边框，可以提高墙板的延性，进而减小其它部分的地震作用。剪力墙多以整体受弯为主，所以在边缘构件的位置处，主要受到拉力或者压力的影响，不会出现反弯点，剪力也不明显（剪力大部分由腹板承担）。边缘构件设计的位置在剪力墙端部、转角以及翼柱上，这样可以使得剪力墙的延性提高，不能够使得水平滑移的情况不在剪力墙出现，从而使得建筑结构整体中的抗剪能力获得提升，从而使得抗震构造的措施中则是比较有效的。

3、结语

在建筑结构设计中，剪力墙结构设计的运用展现了其在提升建筑整体稳定性和抗震性方面的重要作用。剪力墙结构具有侧向刚度大、变形小，既能围护又能承重等优点，因此在建筑结构设计中得到广泛应用，通过精妙的结构布局设计，剪力墙能够有效地承担水平荷载，为建筑提供坚实的支撑。

参考文献：

[1]苏松.论剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].绿色环保建材,2020(03):73+75.

[2]雷洋.高层住宅剪力墙结构布置及优化[J].住宅与房地产,2023(14):107-109.