探究高层住宅剪力墙结构优化设计

【摘 要】剪力墙结构以其经济和安全优势，被现代高层建筑所应用。本文对剪力墙结构设计进行分析，并通过其设计过程中的注意点讨论，提出在剪力墙结构优化中的落足点、关键点以及结构措施。

【关键词】高层住宅；剪力墙结构；优化设计

随着城市化进程的加快，高层建筑越来越多，在当下经济环境下，要实现建筑效能的最大化发挥，在其结构设计中，必须打破常规，采用空间布置法，实行结构转换层，而出于经济因素分析，剪力墙结构则是进行高层住宅设计的首选。

一、剪力墙结构设计分析

1、剪力墙结构设计应用于高层住宅的优势分析

在现代建筑设计中，必须考虑到建筑质量、建筑安全、建筑经济效益等，剪力墙结构作为经济性价比最高的设计方式，被广泛应用到高层住宅建筑设计中，而从其结构设计分析来看，其具有一定的优势：抗震性、减压力是衡量高层建筑质量的关键性标准，而结构布置对建筑抗震性产生重要影响。在高层住宅中，分隔墙较多、开间较小，这就要求具有轻质的材料应用，而剪力墙结构是一个局部概念，可有效降低承载墙的数量，这就减少了建筑压力，同时减少了建筑用材，具有经济性。从剪力墙外观设计来看，其设计整齐、没有露梁和漏柱，这就保证了建筑施工的美观性，也便于室内装修。由此看来，建筑设计处于实现其经济原则、安全因素、美观原则的需要，采用剪力墙结构进行设计具有优势性。

2、剪力墙结构设计的注意点

剪力墙结构设计中，要合理控制剪力墙结构的刚度、数量、转接层控制、设计计算等方面，以实现结构设计的合理性以及安全性。其一，剪力墙结构墙体越多，其带来的建筑压力就越大，造成地震的反应度就越大，易造成安全危及；剪力墙结构的刚度越大，地震影响力就越大，若配筋率低，则延性差，这就要求在进行设计中进行刚度、延展性以及抗压性设计。其二，在转换层控制中，要在建筑荷载能力的控制下进行，要依据强转换弱上部的原则进行设计，并可根据强柱弱梁的方式，进行框支架设计，以便于提升建筑的抗震能力。其三，在结构设计计算中，要在细算后预留一定的富裕量，按照相应的剪力墙系数标准进行设计；在进行剪力墙空间布置上，进行双向布置，来实现其空间结构的美观性，同时由于剪力墙自身的负重能力较高，在进行经济性计算分析中，要适度减少材料的投资，如剪力墙有钢量约占到50-65%，边缘构件约占30-50%，因此，其剪力墙的数量过多，则会引起严重经济浪费，所以，在进行经济含钢量计算时，一定要准确，以实现剪力墙设计的经济效益和环保效益。

二、高层住宅剪力墙结构的优化设计

实现高层住宅的抗震能力、安全性是剪力墙结构设计的根本出发点，在设计中，剪力墙结构的含钢量、材质、各部位的转接与承和，支持建筑的梁、柱等都是保证建筑安全的因素。

从整体上看，刚度控制与材料选择是进行建筑安全性控制的关键点。其一，增强墙量与刚度。一般来说，高层住宅占用空间较大，其本身具有自身负载较大，在设计中，考虑到整体建筑结构，一般会采用框支剪力墙结构，其要求框架侧移曲线成剪切型，剪力墙的侧移曲线弯曲，这就要求在设计过程中，要进行两者力度的协调，在建筑周边均匀布置剪力墙，若平面形状变化较大，则在凸起部分进行剪力墙结构设计，如进行T型、L型的剪力墙结构设计，以实现建筑刚性的增加。其二，科学选用抗震材料。依据建筑地层和建筑层次进行材料选用，如在建筑层升高的情况下，混凝土强度等级为C45-C30，剪力墙的厚度为450mm-300mm，在现阶段我国一般采用型钢混凝土，这就有效控制了转换断层面，而其强度高于单纯的混凝土，这就提升了构件的受压力和承载力，有效实现了建筑抗震能力的提升。

具体来看，在高层住宅剪力墙结构设计中，要准确把握住影响建筑安全性的各个因素，合理计算建筑设计经济性，按照标准进行建筑设计。

1、转换层设计

随着建筑功能的变化，建筑上下结构的使用功能也发生变化，在实现建筑结构变化中，要注意建筑转换层结构的设计。当前常用的转换层有厚板转换层、巨型梁转换等，而无论采用何种转换层设计方式，都要通过强转换弱上部、强柱弱梁的设计来实现建筑的抗震性。具体来看，其一，进行转换层自身重量控制。采用梁系转换的方式来进行厚板厚度控制和转换层质量控制，一部分采用厚板材料，一部分采用薄板，这就相对减轻了转换层自重，这有利于实现建筑经济投入的降低。其二，进行刚度控制。高位转换时，转换层的刚度逐渐提升，这就要求调整转换层上下部分的刚性比，通过空间分析的方式，来确定水平作用力下的层间位移角，采用参与组合的振型数进行结构分析，如在设计时，采用部分封底的方式，来实现空间承载力控制，并将转换层上下楼板控制在200mm，而在一些箱型转换层中，则进行箱内挖空，提升挖空率的方式，来进行转换层质量和刚性控制。其三，进行转接控制。在转换梁与中筒连接设计中，要把钢筋混凝土柱连接在转接范围内的筒体处，加强连接，以防止地震时脱节现象的发生。

2、结构措施

在剪力墙结构中，建筑层次对其影响巨大，而上部剪力墙设计中的刚度、质量、抗震力等对下层产生重要影响，这就要求以有效的方式，进行上部剪力墙结构设计优化。

其一，减少混凝土使用量，减轻上层结构自重。在满足质量要求、楼板厚度和计算跨度比值、防火与设计管线要求的情况下，将上层楼板厚度进行控制为100mm，这既能够降低混凝土资源消耗，又能够减轻上部剪力墙的自重。在开间扩大剪力墙距离的标准下，以轻质隔墙代替一部分墙，采用梁柱代替楼板，在隔墙处进行梁柱设计，这既有利于提升可用空间，又能减轻质量，但在其设计中，由于建筑开间和建筑进深度较小，梁宽与隔墙具有相等厚度，再设计时，要避免露梁。

其二。抗震设计。进行纵向布置：转化层的上下等效侧向刚度比例一般在1.1-1.5之间，接近1.1，不得大于1.5，要强化下部，弱化上部，尽量防止薄弱层的出现，并通过计算分析，来确定可能存在的薄弱部位，通过分力分配特点研究，进行内力和构建配筋设计调整；尽量实现剪力墙落地，必要处采用L、T型结构设计；上部剪力墙厚度要降低，底层厚度要加大，如转换层以下剪力墙的厚度为250mm，上部为200mm，这对基层稳定，增强建筑抗震性具有重要作用。再就是，在进行T、L或十字型结构设计中，需要注意的是，对于小开口墙体配筋时，仅在洞口两侧配置构造边缘构件，而当腹板与冀缘不匹配时，则可适度放宽对冀缘边缘构件的要求，而在十字墙交叉部位也仅仅按照构件要求进行暗柱设计；剪力墙顶部要设置暗梁，且高度为400-500mm，并按照结构要求进行纵筋和箍筋配置，底部剪力墙设计时，尽量不要开洞，若必须开洞，则开小洞，并用轻质物质进行填充，以保持剪力墙的刚度。

总结

基于建筑功能的实现，剪力墙结构应用于高层住宅中，其表现出了一定的经济性、安全性优势，在其设计过程中，要把握住剪力墙结构的刚度、自重、抗震力等，通过科学计算和结构优化，来促使建筑质量的整体实现。

参考文献

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