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摘要：在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。
关键词：高层结构；剪力墙；设计
引言：
由于框架结构和框架―剪力墙结构中框架柱截面较大对建筑使用功能存在较大的影响。在一般高层房屋住宅建筑结构选材和结构形式上有了严格的要求，即高层住宅中混凝土剪力墙结构得到充分利用并受到人们的越来越多的关注。本文对高层结构剪力墙结构的布置方式进行了分析，并进行优化设计。
1、剪力墙的概念
通常为了使框架结构更好的承受因荷载导致的内力以及更好的控制结构水平力，我们会将框架结构之中的梁柱使用钢筋混凝土墙板来代替，在这一过程中所采用的钢筋混凝土墙板结构就是剪力墙结构。在高层建筑中，剪力墙结构受到了广泛的应用。
2、高层建筑剪力墙的特点
高层建筑中，由于高层建筑好比一个放置在嵌固在某个开孔的巨型悬臂梁，这就使得其不仅要保持稳定，还要做好风载的承受工作，这样才能保证建筑内的稳定。所以高层建筑中剪力墙截面墙肢的长度要比其厚度大很多；平面内的刚度以及承载力非常大；平面外的刚度以及承载力相较于平面内却小很多；墙肢是偏心受压构件或者偏心受拉构件；剪力墙结构中，墙作为平面构件不仅要承担者弯矩以及水平剪力，同时好会受到竖向的压力；针对地震以及风载的刚度要求以外，建立架结构还应满足在非弹性的变形反复循环下的延性以及能量耗散等要求。
3、高层建筑剪力墙结构设计的原则
与其他建筑结构形式相比，剪力墙结构具有明显的优势，具有良好的整体性，也具有结构刚度大的特点，如果荷载力处于一种水平的状态，剪力墙结构就不容易发生结构变形的问题。因此，剪力墙结构得到了建筑设计人员的重视与青睐，在高层建筑中也得到了越来越广泛的应用。但是在对剪力墙结构进行设计时，应当准确地对剪力墙结构进行计算，要从整体性的角度对剪力墙结构进行横纵向的分析，并且要合理利用调整计算与不调整计算等多种计算方式，结合建筑工程的实际需要进行配筋设计。在对剪力墙结构进行优化设计之后，还应当确定剪力的使用状况值，并保证剪力设计值和连梁弯矩都高于使用状况值，同时也应当高于弯矩设计值，提高剪力墙结构的稳定性与安全性。为了有效地避免剪切变形问题，应当根据剪力墙构建数量不断优化设计方案，避免扭转变形的问题出现，也要控制好竖向构建刚度。
在进行剪力墙布置时，如果建筑层间位移不能满足剪力墙结构设计需要，设计人员通常会增加剪力墙的侧向刚度。与自身平面的楼板刚度相比，剪力墙平面外刚度非常小，因此，根据剪力墙结构设计的要求和剪力墙的实际受力状况，设计人员应当对洞口两侧部分进行合理调整，要控制好墙肢的压轴比界限，并要设计出剪力墙的加强部位，对边缘的构造设计进行优化处理，提高剪力墙边缘构造设计的水准。
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4、高层剪力墙结构优化设计分析
4.1高层剪力墙结构的抗震优化设计
根据相关机构对我国历史上的地震记录进行分析研究后表明，之所以高层剪力墙结构会在地震中出现严重的破坏，究其根本原因就在于高层剪力墙结构的底层刚度与上部刚度之间的差距往往太过于悬殊，一旦当地震作用集中在其底层时，就会导致底层出现极其突出而明显的弹塑性集中变形。因此对于高层剪力墙结构而言，底层刚度与上部刚度之比必须要进行严格的控制，这是最为关键的一点。另外，由于不同地区的抗震设防烈度也不尽相同，因此在高层剪力墙结构设计中对于抗震方面也要有区别对待，以保证其经济合理性。
4.2高层剪力墙结构的连梁优化设计
在高层剪力墙结构中，连梁是一项关键的耗能构件，其剪切破坏将对结构抗震产生极为不利的影响，并会极大地降低结构体系的延性。因此在高层剪力墙结构的优化设计过程中，一定要注意对其连梁进行强剪弱弯的验算，以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。对于人为加大连梁纵筋的操作一定要慎之又慎，因为这样就有可能无法满足其强剪弱弯的要求。当然也不能单纯地认为加大箍筋就一定能够确保其强剪弱弯的要求，这是由于当连梁不能满足其截面控制条件时，一味盲目地增加箍筋必然会导致连梁在其箍筋还未充分发挥作用时就发生剪切破坏。而连梁截面的抗剪计算中，对于那些跨高比大于2.5的连梁，应注意将其剪力设计值乘以增大系数。
4.3高层剪力墙结构的长肢墙优化设计
高层剪力墙结构在优化设计中还必须对其展延性予以相应的关注，特别是对于呈高细形状的剪力墙而言，就具有较好的展延性和弯曲破坏的属性，从而能够很好地避免发生脆性剪切破坏。然而在墙肢长度比较长的情况中，为了满足其每个墙段的高宽比都超过二，就可以采取开洞的方式来将长墙分割成为独立的、小而均匀的墙段。此外，当其墙段的长度较小时，因受弯而导致产生裂缝的宽度也比较小，这样就可以充分地发挥出剪力墙墙体配筋的作用。另外对于剪力墙结构当中存在的不多的长度超过八米的剪力墙长墙肢而言，在理论计算当中其楼层的剪力绝大部分都是由这些剪力墙的长墙肢来承担。因此在发生地震尤其是超烈度的强震时，这些长墙肢就是最容易遭到破坏的。而短墙肢则会因没有足够多的配筋，从而使整个墙面的结构遭到全面的破坏。
4.4高层剪力墙结构的布置优化
高层剪力墙结构的布置都应尽可能遵循简洁、规则的原则，保证结构的质心与刚心相一致，尤其是剪力墙的方案布置、墙肢的长短等均应合理。因为高层剪力墙结构的抗剪刚度相对较大，所以如果平面形式复杂、布置的墙肢较长，就很容易出现受力过于集中、局部刚度过大的现象，甚至往往出现只布置极少的剪力墙就能满足上下层的抗侧刚度比限值的情况。所以在剪力墙布置方案上必须要坚持对称、均匀、周边、分散的原则，且墙片不宜过长，墙片平面形式也不宜采用增强抗侧刚度的“T”、“L”等平面形式，而应尽可能采用“一”字平面形式。同时还应控制好剪力墙的最大间距，以满足规范的要求。纵向剪力墙还应在外纵轴布置好开窗洞的剪力墙，这样就能大大增强其横向抗倾覆的能力，以避免边柱产生过大的拉力和压力。
结束语：
总而言之，高层建筑剪力墙结构在进行设计与施工时，应反复进行推敲与优化，在保证建筑结构安全的基础上，协调各项参考数据，使结构保持最优，经济投入保持最低。优化设计不是以降低结构安全为代价，盲目减小截面及配筋去追求经济指标，而是结构师根据工程特点，依靠自己的技术水平，通过概念设计及一系列合理的技术措施，使得建筑安全可靠，技术合理、经济指标优良。
参考文献
[1]魏敏.高层建筑剪力墙结构的优化设计[J].江西建材，2014
[2]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材，2011
[3]陈润.高层结构剪力墙的布置优化设计研究[J].城市建设理论研究，2013
论文作者:郑熙悦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/3
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 高层论文; 剪力论文; 优化设计论文; 平面论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;