2.中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 重庆 400016
摘要：近年来，随着大量农村人口涌入城市，城市住宅的需求量变得越来越大，这就给我国的建筑行业带来了很大的发展空间，这样就促使建筑工程规模的不断扩大，数量也在不断的增多，越来越多的高层住宅被修建了起来，在很大程度上解决了城市土地紧张和住宅供不应求的矛盾。不过对于高层住宅，对抗震能力和经济效益方面提出了更高的要求，这就需要在建设的时候对剪力墙结构进行合理的应用，从而推动建筑行业的不断快速发展。
关键词：高层剪力墙；结构；优化设计
1 剪力墙结构的概念及结构能效
剪力墙结构是建筑的主要承载部分，并且还是承担地震、风等传递水平载荷导致的轴力、剪力以及弯矩等结构构件，同时也是建筑的分隔墙和围护墙，所以在布置剪力墙的过程中，应该满足建筑物的结构布局和平面布局，剪力墙结构的开间相对较小，高层建筑的楼层盖板通常选用现浇的混凝土结构平板，这样，其空间结构的利用率更高，能够有效节约建筑的层高。剪力墙结构的整体性和空间作用都非常好，并且具有很强的承载性能和抗侧力性能，因此，许多高层建筑都采用剪力墙结构。
2 剪力墙的分类
2.1 整体墙
如果剪力墙没有洞口或者其开洞面积小于墙面积的15%，且洞口之间距离及洞口与墙边之间距离大于洞口最大尺寸时，开洞对该墙体的整体性能影响可以忽略，截面法向应力可按照平截面假定计算，此时剪力墙仍会发生弯曲变形，此时称为整体墙。
2.2 小开口整体剪力墙
如果剪力墙开洞面积大于整个墙体面积的15%，墙肢出现局部弯矩，截面法向应力相当于整体弯矩直线分布和墙肢局部弯矩应力的叠加后的结果，剪力墙变形基本上属于弯曲型，此时称为小开口整体剪力墙。
2.3 联肢剪力墙
如果剪力墙开洞面积更大，剪力墙整体性受到破坏，连梁刚度比墙肢刚度小得多，连梁中部有反弯点，截面法向应力不能用平截面假定计算，剪力墙变形由弯曲型向剪切型过渡，各墙肢单独作用更明显，可看成由多肢剪力墙通过刚度较大的连梁结合在一起的剪力墙，此时称为联肢剪力墙。
2.4 壁式框架
当剪力墙开洞面积很大时，墙肢长度较短，此时墙肢刚度与连梁刚度接近，变形为剪切型，受力性能更接近框架结构，此时称为壁式框架。
3 高层建筑剪力墙结构优化设计的主要原则
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载的墙体，防止结构剪切破坏。
它分平面剪力墙和筒体剪力墙。平面剪力墙用于钢筋混凝土框架结构、升板结构、无梁楼盖体系中。为增加结构的刚度、强度及抗倒塌能力，在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。现浇剪力墙与周边梁、柱同时浇筑，整体性好。筒体剪力墙用于高层建筑、高耸结构和悬吊结构中，由电梯间、楼梯间、设备及辅助用房的间隔墙围成，筒壁均为现浇钢筋混凝土墙体，其刚度和强度较平面剪力墙高可承受较大的水平荷载。
墙根据受力特点可以分为承重墙和剪力墙，前者以承受竖向荷载为主，如砌体墙；后者以承受水平荷载为主。在抗震设防区，水平荷载主要由水平地震作用产生，因此剪力墙有时也称为抗震墙。
如果剪力墙结构要满足抗震的要求，那么，在设计时除了要考虑刚度，还要考虑延性，这种延性能承受住非弹性变形反复循环。再次，剪力墙最重要也是最需要注意的特点是，如果剪力墙在同一平面内，那么它的刚度和承载力就会相对很大，但是平面外这两者就相对要很小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以如果与剪力墙连接的是平面外的梁，就非常容易使墙肢在平面外出现弯矩的现象，所以在实际设计时，应该尽可能的不与平面外的梁连接，如果必须要与平面外的梁连接，设计人员必须要做好保护措施，避免出现剪力墙平面外出现意外事故。
最后，在对剪力墙的设计进行计算时，不仅要考虑到竖向作用下的结构分析，好要考虑到水平作用下结构分析，在计算出内力结果之后，就要根据偏压或者偏拉来验算。在计算剪力墙承载力时，如果是带翼墙，那么，计算宽度通常情况下都是取最小值。
4 高层建筑剪力墙优化设计方案
4.1 墙体整体结构设计方案
在对与高层建筑而言，不同的高度对剪力墙的使用效果有不同的保障要求，对与在21层以上的建筑，剪力墙不能按照传统的断肢结构设计为主要方案。要对整体墙体进行结构再设计阶段，探索如何通过现有施工条件基础上进行墙体合理科学化的改进构建。进而在传统断肢剪力墙不能更稳定应用在更高层进行调整，在对超高层建筑上要进行力学称重的准确核对和严格判定，不能按照多层建筑的要求和设计标准进行。要考虑整个墙体在面对超高层承载压力增大，稳定要求增高的程度中合理对需要的墙体厚度和位置布局设计和相应的架空格局设计都要进行设计方案的确立。对需要进行的施工费用的追加和局部的再调整都要依照降低成本费用的考虑中提高质量系数。
4.2 剪力墙承载面结构优化
在剪力墙结构优化设计中，承载面一定哟啊进行优化设计，对刚硬度系数要布置均匀以及受力承载是否稳定进行考虑。在局部门窗设计是要保持对齐和对称状态，尽量在同一面保持横列。剪力墙结构的强肢和相应的构成单元才可以明确和清晰，布局和应力也更趋于合理。同时，在设计中的计算图数要一致，每个洞口的开设要考虑涉及墙体结构的稳定。避免随意开洞和破坏架构的情况发生。出现不合理的开洞处要及时进行修补和支撑体的再次构建，才能保证整体剪力墙设计的合理。
4.3 剪力墙之间要看成独立体
剪力墙是需要极强的设计方案周期才能确立施工的，不能按照统一的整体进行设计考量，要看做每个单独体进行设计考量。对每个节段要在相应的截面和整体高度进行控制和布局，避免比值数值的增大，一旦出现高度和截面的比值增大会出现剪力墙的实际效果降低，硬性降低的危险。同时在出现抗震方案设计中要对每个墙肢体机和洞体进行合理布局调整，每個局部细节的墙肢体和洞体都会对整个剪力墙构成一定影响，需要在方案设计中特别注意。
4.4 控制剪力墙墙体的数量和提高其配置钢筋数
剪力墙在高层建筑中相应数量的大小对于整个施工的成本和工程质量等多方面具有直接影响，大数量的剪力墙会造成空间体的减少并且整体建筑的重量增大。各结构的支撑压力会增高，高层建筑面临倒塌的风险，小数量的剪力墙造成支撑力不足，墙体裂缝的产生。如何在设计中正确把控剪力墙墙体的数量是关键。同时，大多数剪力墙都是需要配钢筋进行的，钢筋的结构延伸性能高低对与强体结构是否合理和质量稳固具有直接影响，在设计方案中要对配置钢筋数进行估算，不能出于成本考虑随意降低钢筋配置数。
4.5 剪力墙设计方案需要准则相应的建筑规范要求
剪力墙在结构设计中对水平移动和垂直移动和抗震系数都要保障严格规范符合设计要求，不能凭主观意识对设计方案任意规划和制定。要对工程实践经验和丰富的建筑理论知识结合进行，符合国家对各指标系数的要求和合理规范范围内进行，符合高层建筑整体国家系数要求才是施工的关键。
结束语
剪力墻结构设计关系到建筑整体质量，更关系到每位住户的生命财产安全。作为建筑结构的设计人员，应当树立起良好的社会责任感和使命感，努力完善建筑结构各方面的设计工作，保障建筑物的质量安全。只有这样才能实现我国建筑行业的发展，才能促进我国建筑设计质量实现质的飞跃，才能达到构建和谐社会的目标。
参考文献
[1]周晓莉.剪力墙结构设计中的若干问题探析[J].中国新技术新产品，2009，（12）.
[2]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2010，36（5）.
[3]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[4]王交通.浅谈剪力墙结构填充墙裂缝的成因及控制[J].中国房地产业.2015.9
论文作者:杜狂贺1,吴胜番2,王煜2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/5
标签：剪力墙论文; 结构论文; 墙体论文; 开洞论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 刚度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;