高层建筑框架剪力墙结构设计优化措施研究

摘要：高层建筑的建设中，剪力墙结构具有非常重要的意义。但是，当前的建筑剪力墙设计仍然存在着一定的问题，需要采取有效地优化措施。本文主要研究了剪力墙结构在建筑结构设计中的应用，提出了建筑结构设计中剪力墙结构设计的有效对策，希望能够给相关的人员提供一定的参考。

关键词：剪力墙结构；建筑结构；设计

中图分类号：TU318文献标识码： A

引言

随着经济建设的快速发展，城市人口不断增加，建筑用地资源非常紧张，在这种情况下，高层建筑以其大容积率得以在城市中快速发展起来。高层建筑垂直高度较大，而且结构较为复杂，这就需要选择适宜的结构形式，来确保高层建筑的稳定性。目前框剪结构不仅能够有效的确保使用空间的最大化，而且抗侧力刚度也较好，所以在当前高层建筑结构设计中得以广泛的应用。在进行框剪结构设计过程中，需要对其设计进一步优化，确保建筑结构能够更好的满足建设可靠性的要求。

1框架剪力墙结构概述

框架-剪力墙结构，即框剪结构，是在框架结构布局中，应用一定数量的剪力墙来构成灵活自由的利用空间，从而满足不同建筑功能的要求。这种结构要具备足够的剪力墙、相当大的刚度、以及框剪结构的受力特性，这就需要把两种具有不同抗侧力的框架结构和剪力墙结构组成新的受力形式，所以它的框架与其他纯框架结构中的框架不同，剪力墙在框剪结构中和剪力墙结构中的剪力墙也不尽相同。

框架-剪力墙结构体系是由框架和剪力墙两种结构重新组成的结构体系，框架和剪力墙等竖向承重单体一起承担着竖向荷载，而水平荷载主要由具有较大刚度抗侧力单元的剪力墙来承担。这种结构体系不仅具备了框架和剪力墙结构的长处，而且在某种程度上达到了扬长避短的目的，使建筑功能要求和结构设计得到更好的协调。根据框架-剪力墙结构的概述可以得知，这种结构不仅具有框架结构布置灵便、使用简单的特点，而且也有较大的刚度和较强的抗震能力，因而被高层办公建筑和旅馆建筑广泛应用。

2建筑结构设计中剪力墙结构优化设计

2.1结构布置。在高层住宅的框架 － 剪力墙结构中，剪力墙与普通剪力墙结构相比存在一定的差异。下部楼层中，剪力墙的位移较小，因此，可以拉着框架按照弯曲型曲线变形，由剪力墙承受大部分水平力;而在上部楼层，剪力墙的位移会越来越大，并且呈现出外侧的趋势，因此，框架趋于内收，拉着剪力墙按照剪切型曲线变形。框架除了负担外负荷产生的水平力，还需要负担拉动剪力墙的附加水平力，而剪力墙不会承受任何的荷载水平力，还因为给框架一个附加水平力，而承受负剪力。因此，在上部楼层，即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也会出现相当大的剪力。作为主要的抗侧力构件，剪力墙在结构中的作用是非常巨大的，如果在设计时，仅仅在一个主轴方向布设剪力墙，很可能造成两个主轴方向抗侧刚度的巨大的差异，在没有设置剪力墙的主轴方向，会因为刚度不足，无法与另一个主轴方向相互协调，在振动作用下容易导致结构的扭转破坏。因此，该工程设计中，在两个主轴方向都布置了剪力墙，形成了双向抗侧力体系，可以有效减少层间侧移。

2.2剪力墙结构设计的优化

（1）对于剪力墙的结构设计应该按照主轴的方向或者是其他的方向进行双向的布设，这样能够进一步优化空间结构，为了更好地体现抗震的性能，不能进行单向的剪力墙设计，同时还要尽量把两个方向上的抗侧刚度保持相对比较接近的水平上，这样能够增强剪力墙结构在空间上的性能和表现，能够将剪力墙结构的性能得以充分的发挥，从而使得可用的空间进一步加大，同时剪力墙的密度不能过大，使其在侧向刚度上有比较好的表现。

（2）在剪力墙的肢截面设计上应该尽量确保其具有比较简单的结构，剪力墙各个方面的刚度不应该有太大的差距，同时剪力墙的门窗洞口不应该出现参差不齐的现象，将其进行成列的布置，使得墙肢结构和连梁结构都非常的明显，同时还要按照一定的规则对应力进行一定的控制，还要能够很好地符合设计图纸的要求，设计最终要达到相关标准的规定，保证其安全性和可靠性，在各个部分的强度上也不能出现非常大的差异，如果剪力墙结构出现了施工和设计上的失误要在剪力墙的内部将配筋设计成框架的形式。

（3）对于较长的剪力墙结构应该按照相关的要求开设洞口，将其的程度均匀地分成若干段，墙段之间可以采用弱连梁进行连接，每段墙的高度都应该进行严格的控制，其与总高度的比值要在2 以上，这样可以很好的防止剪力出现减弱的状况，在进行抗震设计时应该框架柱的相关要求进行设计。

（3）剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大，而平面外度及承载力都相对很小，应控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。

（4）在剪力墙结构设计过程中，应当注重抗震的作用，尽量避免单向布置，按照双向布置的原则，使受力方向的抗侧刚度逐渐接近，形成一个良好的空间结构。利用空间的充足性，减轻结构的重量。剪力墙的门窗洞口要成列布置，墙肢截面简单，与连梁分布规则，当出现错洞或者叠合错洞的情况下，腔内的配筋要形成框架的形式。由于剪力墙结构的抗侧刚度受布置结构影响较大，如果出现突变的情况，对抗震非常不利，在对剪力墙进行结构设计时，要坚持从上到下连续布置的原则，改变墙体的厚度和混凝土的强度等级，减小侧向沿高的高度。站在多种角度，从多方面出发，进行结构分析，注重和考虑抗震等级平均轴压比带来的影响及其稳定性的相关要求。

2.2剪力墙结构计算优化

在剪力墙结构计算方面进行优化时，应当遵循楼层最小剪力系数的调整原则、连梁超出限值的调整原则、楼层最大位移和层高之比的调整原则、结构扭转为主的第一自振周期和以平动为主的第一自振周期之间的比例调整原则，使计算结果无限地接近规范值。

剪力墙结构的刚度不宜过大，在满足楼层最大层间位移与层高之比满足规范的基础上，以规范规定的楼层最小剪力系数为目标，使计算结果无限接近规范值；控制好结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9；在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。剪力墙连梁是否超限；剪力墙底部加强区的轴压比是否满足规范要求。

结构工程师应针对不同的项目进行合理的分析，选择与实际情况最接近的受力模型并充分了解所使用软件，合理选用计算参数，只有这样才能够做到结构安全，技术经济合理。

结束语

综上所述，社会经济的发展，使土地利用率大幅度提高，土地资源越来越贫乏，高层建筑成为建筑业发展的一种趋势，剪力墙由此诞生。相对于其他建筑结构而言，剪力墙外观精美，经济适用，并且受到广大开发商和业主的喜爱，在建筑结构中应用越来越广泛，经济发展刺激着人们的生活需求，剪力墙的优化设计势在必行。

参考文献

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