摘要：近年来，随着城市化进程的不断推进，城市建设用地面积越来越少，为了满足城市居民不断增长的住房需求，高层住宅建筑应运而生。高层住宅建筑相比于普通住宅建筑而言，对结构安全性、功能实用性的要求更高。而剪力墙结构是高层住宅建筑中普遍使用的一种结构形式。剪力墙结构相比于一般的结构而言具有刚度大、抵抗侧向变形能力强的优势，此外，剪力墙平面布置比较灵活。因此，在高层建筑中具有广泛地应用。本文将结合高层住宅楼剪力墙结构设计的实际情况，分析高层住宅楼剪力墙结构优化设计的方法。
关键词：优化设计；高层住宅楼；剪力墙
结构优化设计是对结构设计理论的发展，结构优化设计的核心思想就是实现资源优化配置。随着我国社会经济的不断发展，房地产行业也有了很大的发展。为了解决城市建设用电不断减少和城市居民住宅需求不断增多的矛盾，各地开始兴建高层住宅楼。现阶段，我国高层住宅楼主要采用的是剪力墙结构。在建设节约型社会的背景下，如何实现高层住宅楼剪力墙结构优化设计成为人们关注的重点问题。本文将从介绍高层建筑剪力墙结构设计原则入手，具体介绍高层住宅楼剪力墙结构优化设计的方法，希望对以后的高层住宅楼剪力墙结构设计有所帮助。
1高层建筑剪力墙结构设计原则
1.1剪力墙结构优缺点及优化设计的意义
高层建筑施工过程中采用的结构形式有很多种，按照结构材料的不同，可以将其分成钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、混合结构。其中，砌体结构的抗拉能力比较差，在高层建筑施工过程中使用的频率比较低。通常来说，高层建筑使用的结构主要有三种，分别为框架结构、剪力墙结构、筒体结构。框架结构会存在露梁、露柱的现象，现在高层建筑施工过程中基本上已经不使用框架结构了。取而代之的是剪力墙结构。剪力墙结构具有较强的承受水平荷载的能力。相比于其它结构而言，剪力墙结构具有下述优点。第一，剪力墙结构整体的刚度比较大，使用的钢材数量比较合理；第二，剪力墙结构的外观比较美观，不存在露梁、露柱的现象。而且经济成本比较低。但是，在高层建筑剪力墙结构施工的过程中还是存在一些问题的。第一，剪力墙结构的水平荷载承受能力比较大，对上部结构和基础的要求比较高，会增加上部结构和基础的施工费用；第二，剪力墙结构中大多数的墙体使用的是构造配筋，会降低剪力墙整体结构的延性。
鉴于剪力墙结构的这种特点，在进行高层建筑剪力墙结构设计时，设计师为了保证剪力墙整体的稳定性和结构的安全性，一般都会采用比较保守的设计方法，通常会通过增加结构配筋的方式来提高剪力墙结构的刚度。增加了剪力墙结构的刚度可以提高其抗震性，但是会大大增加工程的成本。而且这种保守的设计方法并不能从真正意义上实现保证剪力墙结构安全性的目的。因此，设计师开始关注剪力墙结构优化设计问题。对剪力墙结构进行优化设计，一方面可以提高结构整体的安全性和稳定性，另一方面也可以大大节约工程成本，可谓是一举两得。
1.2剪力墙结构设计的控制因素
剪力墙平面内的刚度比较大，但是平面外的刚度则比较小。为了保证剪力墙的抗侧刚度，需要利用各层楼盖的支撑作用。在高层建筑中采用的剪力墙结构通常为落地剪力墙，即剪力墙的底部固结在基础上。在发生地震时一般都会产生水平荷载，而剪力墙的抵抗水平荷载的能力比较强，故此也将剪力墙称之为抗震墙。在高层住宅楼中，通常会采用筒体剪力墙结构，即在竖向管道井、楼梯、电梯等部分布置剪力墙。如果是单个剪力墙结构，则可以采用多种设计方式，例如L形、一字形、十字形等。在高层住宅楼中一般都会在剪力墙上开设门窗洞口，在开洞口时要考虑到后期的施工作业，尽量保证这些洞口处于同一直线上，同时还应注意洞口到两侧墙体的距离。
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在对高层住宅楼剪力墙结构进行设计时应控制好几个关键因素。第一，结构水平位移。结构水平位移一定要按照相关规定的要求进行设计，必须满足结构水平位移限值的要求。无论是出现位移过大或者过小的现象都会影响到正常的施工。例如，如果结构水平位移过大会使得填充墙出现裂缝。第二，剪重比。剪重比也是有相关的规定的，只要将其控制在范围内才是比较合理的。
2建筑结构优化设计的目标
优化的意义就是要通过采用合理的方法或手段使得目标变得更加符合相关规定的要求。结构优化设计就是在满足一定客观条件的前提下，通过合理的设计，确保建筑结构整体处于最佳状态。通俗来说，就是在所有的结构设计方案中选出最佳的方案。当然，所谓的“最佳”是有一定标准的。国内外学者关于建筑结构优化设计的研究比较多，但目前还没有形成规范化的方法。由于大家研究的角度不同，考虑的实际情况不同，无法给出一个比较合理的数学模型。但是，大部分的学者都认为想要保证结构整体的安全性和稳定性，则应全面考虑结构中的每一个构件，保证将每一个构件的效能发挥到最大。即当结构中的每一个构件所能承受的荷载达到最大时，结构就是最优的。但在实际设计过程中，是不可能实现这一目标的。因此，设计师往往是在这种思想的指导下寻求最优解，即在保证建筑结构合理的前提下，降低工程的经济成本。
3选择合理的剪力墙结构方案
3.1建筑平面优化
在进行高层住宅楼中某一独立结构单元设计时，应将剪力墙结构平面设计得比较简单、规则。均匀分布平面的承载力，且平面的长度不能太长，如果平面内有突出的部分，则其长度也应控制在合理的范围内。采用这种剪力墙结构平面设计的方法主要是因为下述几种原因。第一，如果建筑平面设计的过长，却没用永久缝，则会使得非荷载应力增大，为了保证剪力墙结构的稳定性，必须要增加配筋；第二，建筑结构中长宽比过大，会增大建筑物两主轴方向的动力特性。当建筑物受到外界荷载作用时产生的效应差距比较大，从而会使得建筑物在某一方向上发生较大的位移；第三，高层住宅楼建筑物不能采用长条形的设计方法，这种设计方法有悖楼板在平面内无限刚性的假设；第四，建筑物竖向高宽比过大会影响建筑物结构的刚度，为了保证结构的刚度满足相关标准的规定必须要增加抗侧力构件的数量；第五，采取均匀、简单的平面设计方法可以避免出现应力集中的现象。此外，在进行剪力墙平面布置时应采用双向布置的方法，这样可以提高剪力墙结构整体的稳定性。
3.2建筑竖向体型优化
在对高层住宅楼剪力墙结构竖向体型进行优化设计时同样应采用规则、均匀的设计方法。不要出现过于明显的外挑或者内收部分。因为，如果高层住宅楼剪力墙结构竖向承重结构不是采用规则的设计方法，而是出现突变情况，则会使其突变的部位成为整个结构中的薄弱部位，在外力作用下会影响高层住宅楼剪力墙结构整体的稳定性和安全性。采用规则、简单、均匀的设计方法既可以减少剪力墙结构的安全隐患，同时还可以节约经济成本。
4总结
总之，剪力墙结构是高层住宅楼比较常用的一种结构，相比于一般的结构而言，剪力墙结构具有一定的优势，更加符合高层住宅楼对结构安全性和稳定性的要求。但在实际设计过程中还应采取一定的措施优化设计，减少剪力墙结构施工的经济成本。
参考文献
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论文作者:刘江陵
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/4
标签：结构论文; 剪力墙论文; 住宅楼论文; 高层论文; 优化设计论文; 刚度论文; 方法论文; 《基层建设》2017年3期论文;