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摘要：随着城市化的发展，大量的高层建筑在各种用途的建筑中出现，这在一定程度上能够有效利用土地使用面积，符合当前社会经济发展的需求。对高层建筑中的剪力墙的应用更能有效的体现出其很好的优势。本文对高层建筑剪力墙结构优化设计进行了探讨。
关键词：剪力墙；结构；优化设计
建筑企业若想在未来的建筑行业竞争中获取更多的主动权，就必须加强对建筑结构设计的重视。尤其是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，必须重视对设计技术的研究和不断探索。
一、剪力墙的种类以及特征
对于剪力墙自身而言，按照剪力墙是否需要开洞可以将其划分为以下几种：整体小开口剪力墙、实体墙、壁式框架墙、双肢剪力墙、多肢剪力墙等。不同种类的剪力墙因为自身的结构特点，在实际的工作之中受力特点不同，在具体的选择过程之中，应该充分分析建筑结构的实际情况进行有效选择。剪力墙自身的综合特点便是安全可靠，其通过对于应力进行更为良好的应对，帮助自身建立了更为良好的相应效果，针对综合剪力墙的特征而言，主要分为：抗侧位移刚度大，而且即使发生侧移，侧移位移也相对较小；发生地震过程之中，抗震能力较强，剪力墙可以通过吸收震感来减少地震带来的破坏力；如果在建筑结构之中采用剪力墙结构，很好的保证墙面的光滑平整，但是在实际应用中，因为剪力墙的应用较为繁琐，所以其往往带来的便是高昂的造价成本。所以相关工作人员更应明确各种剪力墙的具体功用，在实际的应用过程之中，帮助建筑结构进行更为良好的自我提升，充分遵从剪力墙的自身特征，应用得当，将有限的资源进行最大程度利用，并且在工作之中一定要保证建筑结构的安全性能，这是一个大难题，也是值得每个设计人员思考的难题。
二、剪力墙布置
剪力墙结构中全部水平力和竖向力都是由剪力墙承担，根据规范要求首先应将剪力墙均匀布置在建筑物的周边、楼梯间、电梯间、平面形状变化和竖向荷载较大等部位;平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。在抗震结构中，还应避免单方向有墙的情况，并应使两个方向的侧向刚度相近，即两个方向的自振周期相近。剪力墙布置要形状简单，尽量布置成L型。
剪力墙上面的门窗、洞口应各层对齐，形成明确的墙肢和连梁，在计算过程中使模型简单、明确，计算简单和传力明确。在抗震设计中，如剪力墙出现上下不对齐洞口的剪力墙，形成错位剪力墙，不仅使墙肢不规则，传力方式不明确，而且在洞口错层部位会形成薄弱环节，对抗震尤为不利。
剪力墙结构设计中，建筑主要受力构件剪力墙应沿建筑通高布置，不宜出现较大的刚度突变。控制剪力墙平面外的弯矩，在剪力墙平外面搭设梁时，应采取增设沿轴线方向的平面外墙肢或者扶壁柱，减小平面外产生的弯矩对墙肢不利影响。对于受力较小的梁可以采取铰接的方式释放掉弯矩，减小影响。
在高层剪力墙结构中，剪力墙的钢筋量的大小与暗柱的比例成正比，暗柱的数量、暗柱的形状就成为节省造价的关键因素。在剪力墙设计时，要充分考虑到暗柱的布置形式，尽量使暗柱规则、上下对齐。
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三、剪力墙结构优化设计
1、加强剪力墙结构均衡设计
剪力墙结构的均衡设计需要工作人员使用合理的对策，促进剪力墙结构的受力平均，这不仅仅可以提高工程的安全性能和结构的合理性，而且还可以节约高层建筑的造价成本。剪力墙结构的合理设计需要工作人员依据建筑物的平面布局状况得出剪力墙结构优化设计的方案，在设计人员设计好剪力墙结构方案的同时还要制定出符合设计要求的管理条例，加强对剪力墙结构的检查和监督，增强施工人员的安全意识和管理团队的科学管理水平，保证施工人员严格按照设计方案和施工图纸进行施工，保障施工的质量，特别是剪力墙结构的质量。
2、剪力墙结构方案的优化设计
剪力墙结构有着各式各样的设计方式，对于不同高度的建筑物，选择不同的剪力墙结构，这不仅仅要考虑层高还要考虑剪力墙构件所需要的材料，对于层高小于20 层的建筑物，大多数情况下使用短肢剪力墙结构的方法，这种设计方法的水平地震剪力、期限和位置移动均可以在正常的范围中得到制约，而且还使用现浇剪力墙结构，有效的把混凝土结构的墙体改变成砖墙体，这种方法不仅可以促进整个建筑物刚度的提升，降低结构本身的重量， 而且还可有利于减少建设投资。当建筑工程层高大于20 层时，依旧使用短肢剪力墙结构方法会造成结构的刚度较低、变软，剪力墙的相关位移没有达到设计方案的相关标准，而且还会使剪力墙剪力系数降低，对整个建筑工程结构的安稳性造成巨大的影响，所以，这种情况下应该采用全现浇剪力墙结构方法，如果剪力墙结构刚度测量值较大时，应该在较大的墙肢上增加结构洞，而且还要把窗台的设计改为砖体或其他形式，这样做是为了增强剪力墙结构的延展性，从而整体上提升剪力墙结构的抗震能力。
3、剪力墙结构墙体配筋的优化设计
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。对剪力墙厚度的选择尤为重要，不必特意把最小厚度定为200mm，在满足结构计算要求的前提下也可采用180mm 或160mm 剪力墙。
4、剪力墙结构连梁的优化设计
相关剪力墙结构标准中明确提出，如果连梁的跨高比大于5的时候，就需要按照框架梁的要求展开设计，这也就是表示，跨高比大于5 的连梁，它的刚度不可以减少，然而当连梁的跨高比在5～6 时，一旦刚度不减少，很有可能造成剪力过大，使得建设工程的成本增加，浪费资源。解决方法就是使跨高比大于6，这样就可以减少钢筋与混凝土的使用量，节约投资成本。
5、层间位移比和最大位移的优化设计
依据规定，在核算常遇地震作用标准值造成的楼层最大的弹性层间位移时，把高层变形建筑物排除以外，大多数不扣除整个结构的弯矩变形，同时算入扭转变形。所以，以高层建筑为例，首要的任务是制止楼层间和剪切变形。根据制约的垂直构件数量可以制约剪切变形，一旦单数构件布置不科学，就会产生很大的扭转变形。所以要采取适宜措施减少扭转变形，且不可以随意增设构件的刚度。
6、楼层最小剪力系数的优化设计
在符合短肢剪力墙承担的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩低于40%的情况下，需要最大限度降低使用剪力墙，将大空间剪力墙布置方法作为目的，促进楼层最低剪力系数靠近标准规范。此方法的应用可以加大剪力墙结构的刚度和减少自重，将地震作用造成的消极作用降到最小。
四、结语
总之，现在剪力墙结构已经成为非常重要的建筑结构形式，同时其在实际中也有非常广泛的应用。为了使得剪力墙结构的优势得到真正体现，设计人员在开展设计工作时，一定要考虑到建筑工程项目的实际情况，从而设计出最佳的设计方案以及施工方案，一方面提升墙体安全性能以及建筑工程项目的整体质量，另一方面减少施工作业成本，从而使得各相关企业获得更多的经济效益。
参考文献：
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[3] 辛宇. 全预制装配整体式剪力墙住宅结构设计及应用[J]. 四川水泥. 2016(02)
论文作者:孔福云
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年17期
论文发表时间:2019/11/21
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 优化设计论文; 剪力论文; 弯矩论文; 墙体论文; 《建筑学研究前沿》2019年17期论文;