摘要：近年来，我国城市用地趋于紧张，随着房地产开发力度的加大和人们对安静环境及高空视野的追求，带来了高层建筑的井喷式发展。剪力墙结构作为高层建筑常用的结构形式，对在安全的前提下追求经济性的今天，对此种结构形式的优化将带来新的意义。由于高层建筑技术要求的特殊性，做好混凝土剪力墙结构设计，为达到建筑结构的整体优化，本文将重点介绍高层建筑剪力墙结构优化的方法与措施，实现经济科学合理的高层建筑结构设计。
关键词：高层建筑；剪力墙；结构优化设计
高层住宅中以及分居较多的居住性建筑结构中，剪力墙结构可以使分隔墙和承重墙合二为一，不仅外形美观，利于室内布置，而且充分体现经济性。一般高层建筑的结构设计，受设计人员的知识储备，对相关规范的理解，设计经验影响较大。在实际操作中，由于结构布置的偏保守设计及对结构模型全部参数的过渡追求，常常会注重安全性而忽略建筑结构整体的合理性与经济性，因此优化高层建筑剪力墙结构是十分必要的。
1剪力墙结构设计与特点
1.1剪力墙结构的设计
首先，在保证剪力墙面内面外稳定、不影响建筑布置的前提下，对剪力墙墙段布置是有要求的，需要横纵两向的墙体规则，刚度均匀，门窗孔洞尽量保持对称整洁，剪力墙肢和连梁布置符合设计简图，从而形成明确的剪力墙结构。其次，要做好剪力墙结构的设计，墙体布置必须要沿着两个主轴方向，剪力墙墙肢截面应该符合规则简单原则，两个受力方向的抗侧刚度要接近，在对抗震结构进行设计时，要避免设计单向剪力墙，确保有较好的空间性能。同时在设计前需要协调建筑专业，尽量减轻填充墙体的质量，采用合理的剪力墙厚度、混凝土强度等级，保证结构匹配适宜的侧向刚度，满足规范要求的同时尽量降低地震水平力。如果剪力墙较长，则需要平均分多个墙体，进行开挖孔洞，增加连梁，减小单肢墙体刚度。同时两个孔洞之间形成的墙体截面高度与厚度比不能小于四，避免改变受力模式。最后，剪力墙沿竖向的布置需避免刚度突变，在符合规范要求的同时，为减小自重，减小侧向刚度，为上部争取更大的使用空间，需要沿高度连续的同时适当减少墙体厚度，上薄下厚。
1.2剪力墙结构特点
剪力墙结构的优点是刚度大但用钢量少，整体性能好，一般应用于高层建筑和旅馆中，经济效益高，而且结构简洁，便于室内布置，但是剪力墙也存在一些缺点，首先剪力墙结构抗侧刚度大，而且混凝土墙体较多，整体结构重量增加，极易造成较大的地震反应，会增加基础费用；其次各墙肢轴压比限值较低，高层结构产生自重较大，因此剪力墙常采用强度等级较高的混凝土；最后，剪力墙结构中一般为构造配筋，配筋率会较低，造成整体结构的延展性差。因此，需要加强对剪力墙结构优化的研究，结合我国当今的工程背景，使得剪力墙既具有足够的抗侧力，又能降低工程费用。
2高层建筑剪力墙结构优化措施
2.1剪力墙结构方案选择
在确定剪力墙设计方案时，必须要满足两个条件，首先保证工程结构安全，其次保证工程造价较低，由此可以选择合适的结构形式，一般在方案设计初期，合适的结构形式可以很大程度的降低工程造价，选择合适的建筑材料，恰当的构件截面，都可以控制成本，避免浪费，这就需要结构师在建筑方案设计开始时及早介入，从体型、平面布置上配合建筑师完成经济又有竞争力的方案。
一般在抗震设防烈度为6~7度时，层数低于20层的建筑中，可以采用短肢剪力墙结构体系，而不是传统的现浇剪力墙结构。在层数较低，短肢剪力墙结构可以很好的满足结构中实际轴压比要求，采用构造配筋的墙体中也能满足承载力的要求；在合理采用了短肢剪力墙结构时，可以较少竖向结构混凝土的用量，这样就降低了墙体的自重，同时也能合理控制周期，顶点位移，水平地震剪力等，提高工程的延性，提高结构抗震性，同时也会降低工程费用。
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当建筑楼层高于20层的时候，一般选择传统现浇剪力墙结构为最好，这个时候如果再采用短肢剪力墙结构，就有可能造成结构刚度不足，同时结构底部的剪力系数也会降低，会大大降低整体结构的安全性，但是在采用传统的现浇剪力墙结构时，需要注意的是控制结构刚度不能过大，如果刚度过大，可以将窗台改为砖砌结构或者在墙上开孔，都可以有效降低结构整体刚度，取得良好的经济效益。
在框支剪力墙结构中，一般在上部剪力墙结构中，如为低烈度抗震设防区，同样可以采用短肢剪力墙结构，减少上下层的刚度比，容易满足相关规范的对刚度比的要求，使得结构沿竖向的刚度连续性得到保证，获得十分明显的经济效益。
2.2剪力墙结构构件含钢量控制
在对剪力墙结构优化时，需要考虑的是结构设计的经济性，这就需要对结构中含钢量进行控制，根据多年设计施工经验，可以在保证结构安全时，将含量控制到最为经济，一般有一些标准，例如在设计墙体时，一般受力纵向钢筋和非受力纵向钢筋用量之比可以控制在0.35到0.5之间，而在设计板时，受力纵向钢筋与非受力纵向钢筋钢筋用量之比可以控制在0.35到0.6。
2.3注重转换层结构设计
在现代的高层建筑中，各层功能不一定相同，因此多功能的大楼中上下层的结构是不同的，因此，必须要做好转换层结构的设计。在设计时，必须要重视高位转换的底部大空间剪力墙结构，因为这类结构十分复杂，在进行高位转换时，会出现质量、刚度较大的变化，为保证竖向刚度的连续性，需要保证转换层本身和其上下层的刚度比接近且满足规范要求，因此转换层本身的刚度和质量不能过大，同时可以通过水平力作用，判断转换层上下层间位移角的均匀性，一般需要通过仔细计算，分析结构内部的内力分配情况与薄弱部位，从而选择合适高度的和重量小的转换层结构，保证整体结构的安全性，改善薄弱部分的性能。
2.4优化连梁设计
在进行连梁非抗震设计时，一般塑性调幅有两种方法可以采取，首先是将横梁的刚度在内力计算之前进行折减，其次是将连梁的弯距与剪力的值在内力计算之后进行折减，但是一定要保证结构安全，连梁的剪力设计值不得低于设防烈度低1度的地震组合设计值，同时也需要注意连梁的铰接处理。
2.5底部加强部位的设计优化
一般在高层剪力墙设计时底部加强部位的高度，可以采取底部两层高度与墙肢总高度十分之一的较大值，底部带转换层的高层建筑，一般采用框支架加上框支层以上二层的高度以及墙肢总高度十分之一中的较大值，一般在地震作用下的屈服部位会发生在地上楼层，但是也会影响地下一层，这就需要将加强部位延伸到地下一层，同时也要按要求在地下一层设置约束边缘构件。
3总结
综上所述，近年来高层建筑中剪力墙的设计要点是充分发挥结构抗侧刚度大，布置简洁较少影响建筑使用功能的优点，保证安全的同时还要降低工程造价。根据本文的分析，首先需要选择合适的结构方案，其次需要在保证结构安全的情况下，合理控制结构含钢量，最后做好转换层的设计，连梁以及底部加强部位的优化设计，同时需要在日后的设计工作中不断总结，积累经验，掌握更好的设计方法。
参考文献
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论文作者:潘振达
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/11/12
标签：结构论文; 剪力墙论文; 刚度论文; 墙体论文; 高层建筑论文; 剪力论文; 高度论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;