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摘要：随着我国居民生活水平以及经济水平的不断提高，人们对高层建筑的外观靓丽和平面实用有着越来越高的要求。倘若在高层建筑设计中采用框架剪力墙结构，经常会出现梁柱凸出在隔墙外侧、影响使用不美观等现象，对使用效果产生一定的影响。相比之下，剪力墙结构由于用钢量小、整体性强以及刚度大等优点，被广泛应用在高层建筑的结构设计中。剪力墙结构，既要设计得经济安全，抗震性能又要好，结构的设计优化措施起着非常重要的作用。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计
引言：
近代房地产的发展，使建筑业也迎来了发展的春天。建筑业发展必然离不开土地这个基本的要素，不得不使人们积极寻求土地最大的开发利用率，因此我们的城市里出现了越来越多的高层建筑，这样的建筑和其他的建筑根本的不同就在于高度，建筑师就必须对建筑的剪力墙结构的要点熟记于心。笔者通过对于剪力墙结构的分析研究，探索出一些优化剪力墙的简要的措施，希望会对建筑业工程有一定的指导性。
1、高层建筑结构的分类
1.1砌体结构
砌体材料属于脆性材料，它的抗拉性、抗弯性都十分的低，而且其抗震性能不尽人意，简单来说，砌体结构的优点屈指可数，所以，这就注定了高层建筑对这种结构的使用少之又少。而一旦将钢筋加入大砌体中去，气体的抗压性、抗震性就会得到很好的改观，在发生地震时就会降低损失，加入钢筋的砌体结构在地震多发区的高层建筑中应用的还是十分广泛的。
1.2混凝土结构
总地来说，混凝土这种建筑结构的优点还是很多的，例如：最主要的就是使用性能良好，使用年限较长，承载能力较高刚度硬，对钢材的使用少，成本低，可塑性强，抗震性好，耐火烧等，高层建筑大多数都会应用到混凝土结构，主要就是因为可以灵活的布置混凝土结构，受力结构体系可以有许多的类型。特别是以我国为首的发展中国家，处处可见对混凝土结构的运用。
1.3钢结构
钢结构的应用相对来说也是很普遍和广泛的，这种结构的重量非常轻，可塑性也相当高，强度等级是其他结构难以望其项背的，运用简单的施工工艺和施工方法就是进行钢结构的施工，在很短的时间之内就会完成钢结构的施工。目前，中国的高楼大厦的需求不断加大，对于建筑建造的质量要求较高，生产钢铁材料的商家越来越多，假冒伪劣产品也越来越多，我们应该选择信誉最好的厂家，买到信誉最好的钢材，以适应建筑越来越高的要求。
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1.4钢—混凝土结构
顾名思义，所谓的钢—混凝土结构，就是混凝土结构和钢结构的统一体，更明确点就是在构件内部放入钢材，而在构件的外部附着钢筋混凝土，或者将混凝土填充到钢管里面，最终形成外包构件。这种结构的特点是重量轻、施工效率较高、抗震性能好，而且由于钢材是这种结构的主要构成部分，所以因此具备刚度强、防火、造价低的优点。
2、剪力墙结构设计的基本原则
2.1要严格遵守肢长和厚度的比值，进行构件设计
由于剪力墙的高度和宽度尺寸都有着很大的不同，因此，要据几何特征和受力形态来计算肢长和厚度的比值，据结果实施按柱设计或者是按双向受压构件设计。
2.2既要满足刚度要求又要具有很强的变形性能和延性
剪力墙结构中，墙体会承受多方面的力度，既有水平剪力和弯矩，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，因此，设计时候一般都是设计为延性弯曲型。既可以增加抗震性能，又可以防治脆性剪切造成破坏。
2.3剪力墙在设计时候要尽量避免平面外搭接，实在避免不了时应按规范采取相应措施，以保证剪力墙平面外安全。
2.4墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，求得内力后按偏压或偏拉进行正截面承载力和斜截面受剪承载力验算。当受较大集中荷载作用时再增加对局部受压承载力验算。
3、高层建筑中剪力墙结构优化设计的相关措施
3.1优化剪力墙结构设计的措施
（1）剪力墙是高层结构中经常采用的一种结构形式，其中墙的布置是剪力墙设计的关键，直接决定整个结构的安全和整个工程的造价。剪力墙结构平面布置要简单、规则，沿建筑平面的两个主轴方向或其它方向双向布置；在进行抗震设计时，不应采用单向布置的形式，应该让两个方向的侧向刚度接近，使建筑结构的空间性能比较好。由于高层建筑剪力墙结构有着较大的承载力以及抗侧刚度，为了全面利用剪力墙结构的能力，减轻结构自重，设计时只有将剪力墙结构增大才能够全面利用空间，墙体不应密集布置，要确保剪力墙结构的侧向刚度能够处于合适的范围内。
（2）高层建筑剪力墙结构设计时，倘若剪力墙较长，则应在墙上合理的开设洞口，均匀的将洞口分布在不同的墙段范围内，通过弱连梁的方式在墙与墙之间进行连接处理，各墙段的高度与长度之比不小于3，防止剪力墙结构出现剪切破坏。高层建筑剪力墙结构在进行抗震优化设计时，则要尽可能防止在剪力墙边开洞，开洞后墙肢的截面高度与厚度之比不宜小于4，因为当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，该墙肢要按照框架柱进行截面设计，其箍筋会比剪力墙边缘构件增大很多；还要注意保证各墙肢截面高度与厚度之比大于8以防止形成短肢剪力墙，若形成短肢剪力墙，则其全部竖向钢筋的配筋率较普通剪力墙边缘构件增加2倍以上，非常不经济。
（3）高层建筑剪力墙结构在进行优化设计时，首先要满足建筑的需求，在位移角、周期比以及最大层间位移比等相关指标满足规范要求的前提下，对剪力墙的具体厚度进行确定。另外，还要全面考虑《高层建筑混凝土结构设计规范》中的相关于构造、稳定性、抗震等级等条规对剪力墙具体厚度的规定。如普通高层住宅位于抗震设防烈度喻度或者峪度的地区时，通常都是根据结构构造以及稳定性的具体要求控制建筑墙体的厚度。
3.2优化剪力墙结构计算的措施
（1）调整结构布置，减小扭转。通过分析大量地震灾害资料得知，若高层建筑结构的抗扭刚度较弱、刚心与质心位置偏差较大、平面较为不规则，出现地震时，此结构就会出现较为严重的破坏。因此在设计时应该确保结构有足够大的抗扭刚度：对结构平面出现不规则的情况进行限制，如平面宜简单、规则、对称、减少偏心；平面长度不宜过长；平面突出部分的长度不宜过大、宽度不宜过小；不宜采用角部重叠或细腰形平面；楼板平面有效楼板宽度不宜小于该层楼面宽度的50%等等。在高层剪力墙结构实际的设计布局中，尽可能的在建筑边缘和角部布置剪力墙，才能够确保提高结构的抗扭刚度以及侧向刚度。在剪力墙结构中心位置加大剪力墙刚度，对于结构的侧向刚度有较多的贡献。
（2）调整结构的侧向刚度和各层重力荷载设计值的比值既刚重比使之达到规范要求，结构的弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响，也可以优化设计。
（3）调整连梁超限的情况。高层建筑连梁常会出现超限的情况，解决方法通常有以下几种：淤连梁刚度折减后，如若仍发生剪切破坏则可以增加剪力墙洞口的高度或宽度，弱化连梁，从而进一步减少连梁刚度；于增加剪力墙厚度，即加大连梁的抗剪承载力。不管通过哪种方式，连梁的剪力以及弯矩设计值在进行调整后都不能少于正常使用状况，防止连梁在受到较小地震的影响时出现裂缝等质量缺陷。
4、结语
总而言之，剪力墙结构的规划是否合理影响着整个建筑大厦合格与否，我们应该不断的加大引进有先进技术的人才，提高剪力墙结构的质量，尤其是针对板块运动引发的地震问题，不断提高房屋建筑的抗震能力，不仅给国家带去美好的名誉，而且给人民生活的稳定带去保障，为促进中国经济的持续健康发展贡献一份坚实的力量。
参考文献:
[1]姚琦.高层住宅剪力墙结构的优化控制因素探讨[D].重庆大学,2006.
[2]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探[J].福建建材,2011.
[3]曹杨,李杰.双连梁短肢剪力墙结构非线性损伤分析[J].同济大学学报,2007.
论文作者:赵心悦
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/9/17
标签：结构论文; 剪力墙论文; 刚度论文; 高层建筑论文; 平面论文; 厚度论文; 截面论文; 《城镇建设》2019年第15期论文;