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摘要：高层建筑是未来建筑行业发展的主流，而高层建筑剪力墙结构的应用也将会变得更加广泛。为了能够有效的满足高层建筑的抗震性和经济性，对于剪力墙结构进行研究就具有重要的理论和实践意义。因此，文章对高层建筑结构的优化设计进行了研究。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化
前言
高层建筑剪力墙结构设计对整个高层建筑项目的施工质量保证具有关键性作用。对于建筑企业而言，更需要对剪力墙结构重视，不断的对剪力墙结构的设计进行优化，提高设计水平，通过提升剪力墙结构的性能也让高层建筑的性能也得到进一步的提升。
1、高层建筑剪力墙结构设计简析
高层建筑剪力墙结构设计是一项系统性的设计工作， 高层建筑剪力墙结构设计自身有着独特的特点。高层建筑中应用剪力墙结构，承重墙与分隔墙就会连成一个整体，既经济又适用。 众所周知剪力墙结构在水平力作用下往往容易出现弯曲型的侧向变形，并且由于剪力墙结构承受的竖向荷载和水平荷载都较大，结果在很大程度上促使了高层建筑剪力墙结构具有很好的整体性和侧向刚度。随着人们对高层建筑的要求越来越高，框架结构、框剪结构已经不能满足人们在平面与空间上的使用要求，而纯剪力墙结构既可以保证结构安全可靠，又可以使室内空间墙面平整，所以高层建筑中越来越多的采用纯剪力墙结构。剪力墙结构平面布置灵活，抗震性能好，国内外震害表明，在遭遇强烈地震时，由于其整体刚度大，侧向变形小，极少造成倒塌。
2、高层建筑剪力墙结构设计原则
高层建筑剪力墙结构设计有着必要性的前提。高层建筑剪力墙结构设计本身就具有很多的概念和原则。 剪力墙结构数量的应用也需要符合一定的原则，简单概括起来就是：在满足规范规定的位移限值条件的前提下，剪力墙结构的数量应尽量减少。只有这样，才能体现出其在经济方面的价值。结合剪力墙结构的优势与劣势，设计人员在进行设计时，需要遵循相应的原则，以此将剪力墙结构的性价比达到最佳，其各个性能都能够达到高层建筑要求，尤其是针对薄弱的分部结构，需要特别采用一些有效措施，增强它的抗震性，从而减轻其在地震中的受损程度，而其劣势设计人员则需要即可能的规避。在进行高层建筑剪力墙结构设计时首先应当进行楼层最低剪力系数的计算，并且在计算完毕后通过复核来确保计算结果非常接近规范值。高层建筑剪力墙结构设计所要遵循的最基本的原则就是安全、经济。即兼顾设计质量的同时，还需要考虑到经济成本，建设单位是否有足够的资金进行设计优化，实现最佳的目标。两者只有做到统一，剪力墙结构才能够真正的发挥出价值。
3、高层建筑剪力墙结构设计优化
3.1 剪力墙的布置方式
高层建筑剪力墙在进行结构布置的时候，可以利用减少布置的数量来达到要求的抗侧度与抗扭度的目的。剪力墙本身是比较坚固的，要在减少剪力墙布置数量的情况下依然确保应有的坚固性，可以在布置的时候安排在结构周围的护墙位置上。一般而言，剪力墙的布置方式主要有两种，一种是沿着主轴的方向，另一种是如果沿着其他方向。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆剪力墙设置方向上应该沿着主轴的方向完成双向的设置，这样能够保证空间结构的完整性；对于避震用的剪力墙结构，应该尽量防止出现剪力墙的单向布置，而在不同的受力方向上的抗侧刚度的大小上也应该尽量相等，这样能够使得建筑内部空间结构工作性能的稳定性得到相应的保证。在保证剪力墙结构的抗侧刚度以及承载力上的条件之后，可以对剪力墙的结构进行设计，尽量减小其结构的重量，从而增加建筑内部结构的可操作空间。为了提高高层建筑的抗震能力，在剪力墙的布置中，要对剪力墙实行双向布置的设计和施工，双向布置可以使剪力墙形成立体的空间结构，在地震强风发生时，剪力墙的受力比较均衡，可以保持墙体的空间稳定性，从而提升高层建筑的抗震能力。
3.2剪力墙结构墙体配筋的优化设计
由于在混凝土凝固过程中容易造成剪力墙开裂，设计此类剪力墙时宜采用细而密的钢筋，同时适当提高该剪力墙分布钢筋的配筋率。规范对剪力墙水平、竖向钢筋的最小配筋率进行了相应规定:一二三级剪力墙最小水平及竖向配筋率不小于0.25%，四级及非抗震剪力墙不小于0.20%。对于受温度应力影响较大的顶层剪力墙及长矩形平面的端部等剪力墙提高其水平及竖向配筋率至0.25%，从而可以减少温度应力产生的不利影响。关于墙体配筋在剪力墙结构中的优化设计，首先要选择优质的材料，其中钢筋材料，质量验收合格是钢筋进场前的首要工作，剪力墙结构墙体配筋大多数需要把垂直钢筋安置在内部，水平钢筋安置在外部。这是因为地底下的墙体配筋相对于其他部分较多，而且地下水压和土压造成的压力较强，剪力墙结构的配筋通常符合建议标准和工程测算的最小配筋率即可。依据实际现状制定的剪力墙优化设计能够较好的减少投资成本。
3.3剪力墙边缘构件设计
边缘构件设置与否是影响剪力墙塑性变形能力的一个重要因素，通过在剪力墙两端及洞口两侧设置边缘构件可以大大提高剪力墙的塑性变形能力，从而提高抗震性能。 (1) 对构造边缘构件加以约束。以施工规范要求为依据，对剪力墙墙肢长度加以明确，并明确箍筋配箍的特征值; 对于纵向钢筋来说，其范围需比规定范围的阴影面积大。(2)对边缘构件加以约束。在边缘构件约束过程中，主要的对象是端柱、暗柱以及翼墙等。在剪力墙刚度偏小的情况下，便会出现层间位移情况，因此便有必要需要搭建的有关结构加以约束。除外，以建筑工程项目的施工情况为依据，需对暗柱和端柱的截面尺寸以及配筋进行合理增加，根据抗震等级对边缘构件尺寸及配筋进行相应设计，进一步使剪力墙边缘构件实现优化设计。
3.4剪力墙连梁设计
对于剪力墙连梁来说，也就是墙肢和墙肢之间互相连接的梁，当墙肢受到压力的情况下，便容易产生超筋或形变，进而使建筑的质量及寿命遭到很大的威胁。因此，便有必要优化设计剪力墙连梁。连梁作为剪力墙结构十分重要的构件也是设计的重点。与框架梁不同，通常情况下连梁跨高比较小，因此竖向荷载产生的内力较小，而水平作用下会产生较大的内力，据此计算的连梁反弯点会在跨中附近，两端弯矩接近，全截面剪力基本相同，考虑水平作用反复发生时，连梁上下纵筋计算面积接近，通常连梁上下纵筋配筋相同，箍筋全跨相同配置。连梁是剪力墙结构中最早破坏的耗能构件，为实现其耗能的作用，连梁需要设计成延性好的弯曲破坏模式，避免发生脆性剪切破坏。跨高比越大弯矩与剪力之比就越大，更容易发生弯曲破坏模式，因此对于跨高比较大的连梁，破坏模式更接近框架梁，通过常规设计就可以达到预期效果，而对于跨高比较小(≦2.5)的连梁，更容易发生剪切破坏，对此类连梁抗剪要求加强。为实现小跨高比连梁延性能力达到剪力墙结构对连梁的延性需求，需要改变配筋方式，应根据宽度、适应条件等要求设置斜向交叉钢筋、集中对角斜筋或对角暗撑筋。除此之外，如果有剪力墙结构超筋或者位移等状况出现，对于施工部门来说，需采取相应的借鉴方法，遵循施工规范，从而使连梁问题得到有效解决。
4、结语
随着现代建筑高度的增加和对建筑的防风抗震的性能的要求，高层建筑的剪力墙设计在城市高层建筑中使用广泛，是高层建筑加强其稳固性能和抗震性能的有效措施。因此要掌握好剪力墙结构的设计内容，不断提高高层建筑剪力墙结构设计，在设计过程中要根据每个工程的实际情况进行优化设计，为人们提供更加安全的高层建筑。
参考文献
[1] 余添朋．建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用价值分析［J］．江西建材，2016
[2]陶善雨.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].黑龙江科学,2014
论文作者:王亚伟,付文文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/15
标签：剪力墙论文; 结构论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 构件论文; 钢筋论文; 刚度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;