关于高层住宅混凝土剪力墙结构的优化设计研究

【摘要】随着社会的快速发展，高层建筑的增多，高层建筑作为新的学科需要学习掌握，而高层住宅混凝土剪力墙结构作为高层建筑最为常用的一种结构形式，目前已经得到广泛的应用。下面本文主要针对高层住宅混凝土剪力墙结构优化设计进行研究。

【关键词】高层住宅；混凝土剪力墙；结构优化；设计

中图分类号： TU398+.2 文献标识码： A 文章编号：

引言：随着人们生活水平的提高，建筑行业的快速发展，高层建筑在我国得到了迅速的发展， 由于高层住宅的高度不断增加，对结构体系的的要求增加，功能越来越复杂，因此对高层住宅混凝土剪力墙结构设计提出更高的要求[1]。本文首先介绍了高层建筑结构的分类，然后详细介绍了高层住宅混凝土剪力墙的基本形式，布置结构等进行阐述高层住宅混凝土剪力墙结构优化设计。

一 、高层建筑结构的分类

根据材料的使用不同，可以分为混凝土结构、钢结构、钢—混凝土混合结构等。

1 混凝土结构

混凝土结构的优点有很多，如容易取材、耐火性、耐久性优良、刚度好、成本低、承载力也比较大，也能浇筑成不同的截面与形状等等。现浇整体式的混凝土结构，其整体性能比较好，在进行有效设计后，则其抗震的性能非常好。由于其在布置上比较灵活，不同结构的受力体系都可以组成，在我国等一些发展中国的高层建筑中，混凝土结构得到了普遍的应用。

2 钢结构

其优点主要有材料的强度比较高、良好的塑性与韧性、便于制造、自重轻等等，也普遍用于高层建筑。然而高层建筑的钢结构的用钢量非常大，成本也高，防火性能也不强，还需做好防火措施，使工程的成本加大。同时，钢铁的产量与造价也影响着钢结构的应用，发达国家的高层建筑类型，是以钢结构为主。但伴随着近几年来我国钢产量的飞速提升，及高层建筑的高度加多，以钢结构为主的高层建筑也随着不断的增加。

3 钢—混凝土混合结构

这种结构的特点是，既有结构的自重轻、良好的抗震性能等，又有混凝土结构的刚度大、防火性能强、成本低，因而近几年来这种高层建筑结构形式得到了快速的发展。在这种组合结构中，内部放置的是钢材，钢筋混凝土形成其外部，或者是将混凝土填充于钢管的内部，制成外包钢构件。比如，北京的香格里拉饭店，就是采用了钢骨混凝土柱、深圳的赛格广场大厦，采用的是圆钢管混凝土柱等。一般情况下，混合结构主要指的是通过钢筋混凝土或者是钢骨混凝土剪力墙、钢框架所形成的抗侧力体系。

二 分析与设计剪力墙结构

剪力墙结构主要指的是纵横各主要承重构件全部都是结构墙的结构[2]。在建筑物中，当墙体有一个适当的位置时，比较良好的抗体水平力的结构体系就形成了，而且空间也可以进行分割。一般情况下，结构墙的高度等同于整个房间，自基础至屋顶，其几十到一百多米；在确定宽度时，是以建筑的平面布置为基础，一般是在几米到十几米；厚度相比较而言是很薄的，一般都是200cm～300cm，最薄的只160cm。因而，如果结构墙存在于墙体的平面内，则侧移刚度的变化很大，而墙体外的刚度可以略掉。所以，大多数的建筑水平剪力均是由结构墙承载。

1 剪力墙结构的形式

基于自身的开洞率对其受力特性产生的影响，可以将其单片剪力墙分为各种类型。

（1）无洞单肢剪力墙。即在剪力墙的立面上，无一个洞口。事实上，这样的墙就是一个竖向的悬壁构件，在水平荷载的作用下，由于弯曲变形，使得与截面一致，在墙肢截中，正应力呈直线分布[3]。在计算其内力与变形时，可以通过材料力学的方法进行。

（2）整体墙与小开口整体墙。在其墙面上有洞口，但特别小，可以忽略不计。事实上，这样类型的剪力墙也还是个悬臂构件，横截面的变形由于与截面假定相符，正应力也是呈直线形状，因而称之为整体墙。如果其开洞比较大，在墙肢应力中会产生由于受到弯曲而产生的应力，但其值小于整体弯曲应力的15%，其墙肢截面的变形仍可认为与平面假定一致，应力的计算也可以通过材料力学进行，之后再稍加改正。此墙就称之为小开口整体墙。

（3）开设有不规则洞口的剪力墙。对一些较大不规则洞口的开设，是为了与建筑的使用要求相符，通常会影响到结构，所以要尽量不用。如果实在避免不了，可以适当的采取一些结构对策，来弥补其不利因素带来的影响。比如，可以进行一些无需洞口的开设；以便剪力墙的开洞向规则接近，在有需要时，可以通过重度比较小的材料进行堵塞这些洞口，将有较强连续性的暗柱暗梁设置于剪力墙中，使那些不规则的开洞对应力过于集中的不利影响消除或减少。

2 布置结构

（1）墙体承重的方案。小开间横墙的承重：在间距为2.7～3.9m各开间内，均要有一道钢筋混凝土承重横墙，在横墙上，也要预制空心板。在建造住宅、旅馆等在使用上需要小开间的，可以采用这种方案。主要的优势在于，所有的墙体可以一次性地完成，砌筑隔墙的工作省去了很多；使用短向楼板，可以使钢筋节省等等。可该方案中，由于横墙的数量不少，不能使墙体的承载力得到充分利用，使得在布置平面时不够灵活，房屋的自重、侧向的刚度都不小等。大间距纵、横墙的承载：在间距8m左右的两开间内，要有一道钢筋混凝土横墙[4]。楼盖可以使用钢筋混凝土双向板，也可以将一要进深梁放置于每两道横墙间，纵墙承载着梁支，从而使纵、横墙混合承重。

（2）布置剪力墙。①最佳布置的剪力墙是，沿着主轴方向或者是多向进行布置，各方向的剪力墙最好是分别相连，使其拉通、对直，从而其空间的工作性能就会增强；在进行抗震设计时，仅单向有墙的这种结构要尽量避免，最适宜的就是两个方向向侧向钢度靠近，且其自振的周期也要相接近。剪力墙的墙肢截面也要相对规则简单些[5]。②由于剪力墙的承载力、侧向刚度都比较大，为了使剪力墙的能力得到充分发挥，结构自重降低，使结构的可利用空间加大，在布置剪力墙时，要稀疏，以便结构的侧向刚度正好。③如果在剪力墙在开设洞口，则会使剪力墙的力学性能受到很大的影响。所以，剪力墙的门窗洞口要下下对齐，成列布置，可以使墙肢与连梁更明确，应力也是规则地分布，其结果安全可靠。④剪力墙要连续从下至上进行布置，以防刚度出现突变；墙厚与混凝土强度的等级可以随着高度的不同而变化，如果剪力墙没有连续的高度，则会使结构在高度刚度的影响下发生突变，不利于结构抗震。

（3）控制高度与高宽的比例。对于A级高度的甲类建筑，进行设计6、7、8度的抗震时，在该区提高抗震防烈度一度时与之相符，对于9度，还要单独研究；对于B级 高度的甲类建筑，在6、7度时，在该区提高抗震防烈度一度时与之相符，8度时做单独的探究，9度时，要认真详细的探究[6]。

结语

人民的生活质量在我国国民经济的飞速发展的影响下，也在不断地提高，对于住宅的功能，用户对其要求也是越来越高，在使用建筑物时，人们希望其灵活性更大，可以满足多功能的不断变换。所以，在进行设计建筑物的结构时，要方方面面都考虑到，基于经济、安全、可靠、美观的原则，更好地进行设计。

参考文献;

[1] 沈霄鹤.超限高层框支-剪力墙结构抗震性能设计[J].科技风，2012(24)：46-47.

[2] 吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技，2010(11)：79-80.

[3] 张月猛,刘洪萍.浅析剪力墙连梁在高层建筑中的设计方法[J]. 民营科技，2010(05)：140-142.