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摘要：随着经济的发展和都市的扩张，高层建筑也日益增多。基于抗震性能好、侧向刚度大、用钢量少、外形美观等优势，剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越普遍，优化和提升剪力墙结构，有助于提升建筑结构的稳定性，有助于降低施工成本，因此在应用中需要严格按照相关的标准规范来进行，保证相关参数的科学性与合理性，同时也需要对建筑的抗震性能格外注意，剪力墙自身能够具有良好的抗震性，在地震多发的地域能够发挥出良好的作用。基于此本文分析了高层剪力墙结构的合理布置及优化设计。
关键词：高层剪力墙结构；合理布置；优化设计
1、高层剪力墙结构优化设计意义
近年来，随着我国经济建设和城市化建设的快速发展，越来越多的人口不断向城市发展转移，城市人口的数量不断增多，城市中可利用的土地资源越来越少，土地开发的成本大大增加，同时国家也相继出台了调控房地产建设和规范房屋结构设计的相关政策以及标准规定，高层剪力墙结构住宅的发展也相应受到了一定的限制。为了控制工程造价，节约工程成本，在满足结构安全性和稳定性的前提下，对剪力墙结构进行优化布置设计就显得尤为必要，这也符合当代建筑和谐发展的理念。
2、高层剪力墙结构的合理布置
2.1转换层结构的设计
伴随着社会的进步、科技的发展，建筑构造也随之有了提升。为了使高层的建筑能够满足大众需求，设计人员在对剪力墙结构进行设计时，要对上下层结构采用不同的设计方案，在保证设计的动态性的同时，还要提升设计的实用性。在对剪力墙结构进行设计时，其中设计的关键环节就是转换块垒结构的安置问题，关于结构较繁琐的高位转换底部空间，要求相关的设计要合乎常理。在对转换层高位转换状态下，需调整好剪力墙结构的品质和刚度，使转换层和上线的刚度保持一致。但在设计转换层的过程中，要把控好转换层的质量和刚度。不但要查看层间位移角的均匀性，还要查验转换层的水平状态，对转换层内的空间施行精准的判断，熟知转换层间的均匀情况。使用的建筑材料在保证质量的同时，还需要有很小的刚度，在设计转换层时，对转换层中的薄弱部分进行强化优化。具体地讨论出转换层内力的散布的特点，对单薄的位置实施整改，同时调整构件配筋的数量，提升其功能，进而保证高层建筑剪力墙结构的安全性。
2.2洞口设计和布置
剪力墙洞口设计与合理的布置，会加强剪力墙的力学成果。对洞口进行合理布置就必须注意：第一，洞口的设计要从力学原理的出发，必须要和实际结合，开洞要规范，不可随意或没有规则地进行开洞。洞口的设计要着重考虑安全性，设计洞口方位时选用最优方式“列”。与此同时，要将墙肢和梁的关系协调好，使二者相互牵制；第二，开洞设计不规范会将剪力墙的力学效果降低，导致建筑物抗震能力一同下降。通常开洞出现问题的情况有两种：①开出错洞，这种错洞洞口小且不规则，无法用常规计算方式对内力的计算；②开洞出现叠合，这是在原有的洞口上再次叠加开洞，洞口通常都是不规则地呈现。一定要避免以上两种问题的发生，如若未能避免就会降低剪力墙性能；第三，在计算洞口时，要应用平面有限元的方法进行计算，经过计算查找剪力墙设计中的问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如从内力、位移等计算中获得剪力墙的受力情况；通过计算找出一些不规范开洞的问题，将这些问题进行分析更正。
2.3优化上下部结构的设计
设计高层建筑剪力墙结构的过程中，若要在不同模式下精准输送不同大小的力，则需考虑刚度突变，为处理这一难题，可通过优化上下部结构的模式来完成。（1）将结构上部的刚度实时降低。在设计中，尽可能地减少剪力墙的数量，上部结构满足压轴比要求之后，可将墙肢缩短。（2）增大下部的刚度，设计的落地剪力墙需合乎常理，同时这种剪力墙结构要均匀地散布在平面层内。（3）对上下部刚度的选择要合理。若刚度大，会导致剪力墙易受地震的影响。若刚度小，则需提升竖向的刚度，但这样会增加建筑材料的用量，提高建筑成本。（4）在设计上下部构造时，易出现沉降的状况，这在剪力墙结构设计中是很棘手的事情，转换层中的刚度太小是出现这类问题的根本原因。为解决此问题，对截面尺寸的设计要合理，同时对刚度的控制要严格遵从设计的要求进行。
3、高层剪力墙结构优化设计
3.1墙体配筋的优化
为满足墙体的强度和稳定性要求，需要加入钢筋，但还需减轻自重，降低造价，所以墙体的配筋量是建筑设计人员需要仔细考量的值，一般将配筋量设计为最小值。通常情况，剪力墙结构中墙体配筋的布置是水平钢筋外侧和竖向钢筋内侧的形式，配筋采用双向钢筋网片形式。
3.2墙体厚度均匀变化
剪力墙结构墙体厚度一般按照结构的侧向刚度来控制，同时还需考虑轴压比。墙体厚度变化不需太频繁，为防止出现刚度突变，应采取阶段变化的设计方法，底部加强层及地下室采用同一截面厚度，地上部分在加强层处或每10层左右变一次，变化范围控制在50～100mm，确保其均匀变化。墙体截面变化最好错开混凝土等级变化，确保混凝土的等级和强度的变化不在同一楼层同时发生。墙体厚度的均匀变化有助于建筑结构的稳定性。
3.3连梁优化设计
高层建筑中，剪力墙结构的构件中，连梁起到积极的作用，能耗散地震能量，因此必须要做好优化设计。对于连梁的强剪弱弯，必须经过多次试验，进而保证连梁的性能。建设环节，必须按照连梁纵筋和箍筋设计方案执行，以免纵筋出现没有达到强剪弱弯要求、箍筋出现剪切破坏等。
3.4位移比优化
高层建筑结构设计中，设置剪力墙结构，为保证结构性能和作用的发挥，要考虑到地震情况下，建筑物产生的层间位移，精准计算扭转变形数据和其他数据，科学设计剪力墙的垂直构件数量以及水平构件数量，做好构件刚度的有效把控，避免出现变形。
3.5合理处理边缘构件
剪力墙的边缘构件有两种分别是构造型边缘构件和约束型边缘构件，在设计时应该根据剪力墙的具体结构进行选择。针对那些下部位于加强位置上的和不具有抗震性能的高层建筑的剪力墙应该选择构造型边缘构件，针对那些加强位置和临部上层以及高层建筑和重荷载下墙体的轴压比平均值等于或大于下表所规定的数值时，一般选用约束型边缘构件。
3.6合理设计过渡层
由于在地震时会给民用建筑底层框架剪力墙带来较大的受力，并且在荷载的作用下，过过渡层的剪力墙墙体的承载力会在一定程度上降低，所以在实际的设计过程中要对其过渡层进行合理的设计。如果对剪力墙的墙体进行计算，当荷载较小的时候计算的结果可能会变高进而降低了其抗震性能。所以，在进行设计时要设置相应的构造柱间，使后续的强过渡层能够提高其传递地震剪切力的性能，进而提升过渡层的延展性能和消耗能量的能力。
总之，在高层建筑结构设计中，最重要的结构设计之一就是剪力墙，建筑的安全性直接受到剪力墙结构设计质量高低的影响，因此需要重点加强剪力墙设计优化，从而更好的确保整体建设质量。
参考文献
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[4]周明.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J].工程技术研究，2017(10):207+222.
论文作者:潘文清
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/29
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 墙体论文; 构件论文; 开洞论文; 结构设计论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;