高层建筑结构设计分析及剪力墙设计

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【摘 要】文章主要总结了高层建筑结构设计的特点，并对高层建筑的结构进行了分析，并详细介绍了高层建筑中剪力墙结构设计中的几个要点。

【关键词】高层建筑；结构设计；剪力墙

随着城市用地的日渐紧张，高层建筑的增多已成为必然趋势。详细分析高层建筑结构的特点及剪力墙结构在高层建筑结构设计中的应用，使其充分发挥其在高层建筑中的作用，进而促进高层建筑的进一步发展。

1对某建筑结构设计的分析

例如在广西南宁某建筑项目中，其建设总层数34层，地下室1层，地面以上33层，建筑总高99.5米，建筑总长32米，宽度25.6米，高度与宽度比为3.9，长度与宽度比为1.25。在其建筑结构设计中主要应用了剪力墙结构，剪力墙结构主要用来承受建筑物自身具备的垂直荷载力及水平荷载力，且其是刚性结构体系，具有高抗侧强度，能用来抵抗水平侧力。

2高层建筑结构设计的特点

2.1 侧移

结构侧移在高层建筑中的影响与较低楼房不同，已成为高层建筑中的关键因素。随着建筑的层数的不断增加，在水平荷载的作用下，其结构的侧移变形也不断增大，因此因水平荷载作用而使结构发生的侧移应被限制在一定的限度之内。

2.2 轴向变形

在高层建筑中，很大的竖向荷载会引起在柱中的较大的轴向变形。并影响到连续梁弯矩，导致连续梁端支座负弯矩和跨中正弯矩增大，中间支座处的负弯矩减小。还会影响预制构件的下料长度，因此应根据轴向变形计算值来调整下料长度。

2.3 水平荷载

因在竖向构件中楼面荷载及楼房自重引起的弯矩和轴力的数值，和建筑高度的一次方成正比。而水平荷载对建筑结构产生倾覆力矩，并在竖向构件中引起的轴力，与建筑高度是二次方成正比。对定高度建筑来说，竖向荷载基本上是定值，而风荷载及地震作用的水平荷载，会随着结构动力特性不同而发生较大的变化。

2.4 结构延性

相对于较低建筑，高层建筑的结构更柔一些，因此其会因地震的作用而产生较大的变形。为使建筑结构在进入塑性变形阶段之后还能具有很强的变形的能力，从而避免建筑倒塌，需要在建筑构造上采取恰当合理的措施，使建筑的结构具有足够的延性。

3高层建筑结构分析

高层建筑的分析方法包括弹性假定、小变形假定、刚性楼板假定、及计算图形的假定。目前的建筑工程中均采用弹性的计算方法。在一般风力的作用及垂直荷载的作用下，建筑的结构会处于弹性工作阶段，而弹性假定符合建筑结构的实际的工作情况。但当建筑遭受强台风或地震的作用时，其结构会产生较大位移，产生裂缝，建筑的结构会处于弹塑性工作阶段。此时应按照弹塑性动力的分析的方法设计。小变形假定也是一种普遍采用的基本假定。刚性假定减少了结构位移自由度，使计算的方法变得更加简洁。刚性假定为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提供条件。对于建筑中的剪力墙体系及框架体系，可以采用刚性假定。但若结构有竖向刚度突变，楼板刚度较小，其主要抗侧力层数构件较少或间距过大等情况，楼板的变形影响较大，并对建筑结构底部及顶部各层位移及内力产生极大的影响。此时应适当调节楼层剪力考虑这种影响。而计算图形的假定即高层建筑的结构体系整体分析有一维协同分析、二维协同分析、三维空间分析三种分析方法。

4剪力墙结构的概念设计

剪力墙高与宽的尺寸较大，但厚度较小，其受力形态接近柱，几何特征类似于板。剪力墙的肢长与肢厚比值略小于4或大于4时，可将其视为异形柱，并按照双向受力构件进行设计；而当其比值小于或等于4时，可将其按照柱设计。

剪力墙的结构中，墙是一在弯矩、轴力及剪力的复合状态下工作的平面构件。它承担着竖向压力，并承受沿其平面作用的弯矩及水平剪力。剪力墙在风载或地震作用下要满足刚度强度的要求，还要达到非弹性变形的反复循环下的能量耗散、延性及控制结构裂而不倒，且应将剪力墙设计成延性弯曲型以防发生墙体被脆性剪切而破坏。

设计剪力墙时，应根据不同的受力特征、各型墙体的特点、破坏的形态及墙体内力分布的状态，考虑合理的构造措施及配筋。且墙的设计计算要考虑竖向和水平作用进行结构整体的分析。求得内力后按照偏拉或偏压来验算斜截面受剪承载力及正截面承载力。在受到较大的集中的荷载作用时，验算局部受压承载力。

5高层建筑中剪力墙结构设计的要点

5.1 剪力墙结构的布置

剪力墙结构在高层建筑的结构设计中应用广泛，在剪力墙的结构中，主要运用钢筋混凝土剪力墙来承担剪力墙自身具备的竖向荷载力、水平地震作用力和风荷载力。因此，在进行剪力墙的布置时，应找出结构自身的轴线，满足建筑物自身的需求，进行规则性的对称布置。且为防止扭转效应的出现，在布置时，要考虑结构的对称性，使其刚度中心和建筑物中心尽量接近。

在进行短肢剪力墙结构的选择时应慎重，使用短肢剪力墙结构可以灵活的布置建筑，并能减低建筑结构的自身的重量。但短肢剪力墙本身的抗震性能弱，难以保障建筑的自身安全。在建筑结构中不能出现独立墙肢，否则会使施工的难度变大。在建筑工程的设计中，可采用合理布置剪力墙及合并洞口的方法，消除独立的小墙肢，降低工程的施工难度。在建筑结构设计中，还应保证剪力墙结构的整体的刚度。若建筑结构中的剪力墙结构刚度大，结构自震周期较短，其地震力较大，消耗的施工材料也会增多，经济性不好。且连梁超筋、墙肢及截面会因为地震力过大而达不到抗剪力的标准。因此，为确保剪力墙结构能达到位移限值的要求，应有效控制剪力墙结构的整体刚度。

5.2 有效控制剪力墙结构参数

为保证剪力墙结构能科学合理的布置，需要控制结构中的侧向刚度比、位移比、刚重比、周期比及层间位移角等参数。其中，位移比主要用来限制剪力墙结构布置自身的不规则性。防止因出现过大的偏心力而造成结构出现扭转效应。

5.3 剪力墙结构的计算、计算及配筋

剪力墙中有水平向和竖向钢筋，在对其进行构造及计算时，应确定其用量，并验算斜截面中的抗剪承载力及正截面中的抗弯承载力。做好墙体与连梁的协调工作，剪力墙自身应具有一定的刚度和强度，连梁具有紧密连接墙肢、提高剪力墙刚度的作用。在进行高层建筑结构整体的计算时，应折减连梁的刚度。且其折减值范围应在0.5～1.0。若折减刚度后，建筑结构的斜截面受剪承载力及正截面受弯承载力不足，可通过减小整体刚度、降低连梁高度的方式来减少地震造成的影响。

剪力墙的水平分布筋为横向抗剪，能抵抗温度应力避免混凝土出现裂缝，且能防止墙体出现斜裂缝后发生脆性剪切破坏。当建筑物较长较高时，应适当增加连梁部位或者刚度、温度变化等较为敏感的部位的配筋。边缘结构不是剪力墙墙身的支座，是剪力墙的一部分。且边缘结构与剪力墙墙身的连接不是不同构件连接，不能使用梁与柱连接的方式连接。剪力墙水平分布筋能够抵抗水平地震作用造成的剪力。

总之，高层建筑结构设计与剪力墙结构设计中的受力情况很复杂，高层建筑结构设计应对设计方案进行比较，并根据实际情况详细分析，合理确定结构体系。且随着剪力墙结构在高层建筑结构中的广泛应用，应对剪力墙结构进行分析以充分发挥其作用，提高建筑物的抗震性能，进而保证建筑工程的安全和质量。

参考文献：

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