高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略

摘要：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。

关键词：高层民用建筑;剪力墙结构;结构设计

一、高层民用建筑剪力墙结构的设计特点

（一）剪力墙结构的设计特点

高层民用建筑结构受力具有轴向变形、侧移控制、结构延性和水平荷载等几个主要特征，在进行高层民用建筑剪力墙结构设计时应该保证其具有以下特点：结构自重大、抗侧刚度大、侧移小、吸收性能较好、能够减弱地震带来的冲击等。一般来说，高层民用建筑的剪力墙结构的高度和厚度都较大，抗剪切力的机械强度在荷载下的能量消耗较小，所以在对二十层以上的高层民用建筑进行设计时可以以全截面抗弯为依据来计算剪力墙截面弯曲破坏的最大极限承载力，可以知道洞口越小，剪力墙的整性能就越好。另外，这种设计下的剪力墙还能对整体的空间结构进行合理划分，使室内的框架结构变得更加简洁美观。但是要注意的是，剪力墙结构是混凝土构件，也就是说它本身是有一定的重量的，这就很容易在地震时引发严重的地震反应，并且剪力墙的结构还有一定的抗侧刚度使地震时的反应进一步加大，进而在一定程度上使得建造费用增加，所以在实际的建造中应先对剪切力的结构特点有一个清楚的了解，把握好高层民用建筑剪力墙结构设计的特点。

（二）剪力墙结构的分类

剪力墙的结构设计和实际的建筑结构和施工特点有关，根据上述特点才能决定是否有开洞的必要，如过在设计当中确定需要开洞，那相关的施工人员就要考虑所开洞的大小，并且根据洞开与否和其实际的大小我们可以将剪力墙分为以下几种类型：实体墙、整体小开口剪力墙、多肢或多肢剪力墙、壁墙框架[3]。其中实体墙就是开洞面积较小或者不开洞的墙，它的受力特点主要就是没有突变也没有反弯点，它是以弯曲型为主。整体小开口剪力墙就是指洞的面积大于百分之十五但是开洞面积仍然较小的墙，这种墙的受力特点就是弯矩图发生突变，但是整个高度上没有反弯点或者是只有个别的地方有反弯点。多肢或多肢剪力墙就是指洞面积较大的墙，这种墙的受力特点和前面说的整体小开口剪力墙的特点大致相似。壁式框架相比于前面两种它的洞口面积还是比较大的，弯矩图在楼层出发生突变，并且在很多楼层处都出现反弯点。

二、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：①悬臂剪力墙墙肢的结构设计，要设计好墙肢底截面的设计;②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;③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。

三、高层民用建筑剪力墙结构的设计及优化

（一）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。

（二）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。

（三）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撐作用。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。

（四）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。

四、结语：

综上所述，剪力墙作为高层民用建筑的一个重要结构，它设计是否合理关系到整个建筑结构安全性和防震性，所以一定要合理设计剪力墙。在设计时一定要根据建筑的实际情况选择合适的剪力墙设计方案，设计合理的门洞、过渡层、剪力墙平面，并且选择合适的边缘构建，严格遵循相应的剪力墙设计原则，进而保障建筑结构能够承受相应的荷载和水平压力，充分发挥其建筑结构的坚固性，为居民提供安全的住房环境。

参考文献：

[1] 宋克威，孟强.谈幕墙设计对建筑外立面设计的影响[J].城市建设理论研究，2014（14）：67.

[2] 夏志华.探析幕墙设计对建筑外立面设计的影响[J].商品与质量，2016（39）：123.

[3] 陈洁.探析幕墙设计对建筑外立面设计的影响[J].江西建材，2015（24）：37.

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