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摘要：高层建筑工程中的剪力墙结构起到了非常重要的作用，尤其是设计阶段的控制和优化非常重要，不仅关系着技术方面的要求，还关系着整个高层建筑工程项目的建设成本和造价。一般而言，高层建筑工程项目设计过程中均存在一定的优化空间，通过对剪力墙结构优化设计，提高整个建筑工程的质量，降低高层建筑工程造价。本文对高层建筑剪力墙结构优化设计进行了探讨。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计；措施
对于高层建筑的剪力墙设计来说，优化结构设计是提高其结构性能的重要方法。在进行高层建筑的剪力墙结构优化时应重点关注其原有的结构特点，分析设计目标，强化建筑质量，提高整个建筑的性价比。在实践中不断完善和提升剪力墙的结构优化，提高城镇居民的居住环境。
1 高层建筑剪力墙结构优化设计
1.1 优化设计原则
高层建筑施工过程中经常会用到剪力墙结构，主要是因为其强度、刚度较大可以有效减小地震等不利影响。剪力墙结构可以有效满足小震破坏，中震可修以及大震不倒的抗震要求，这也是基本的设计原则。当前国内高层建筑结构优化过程中，多以剪力墙刚度最优作为目标进行优化设计。就钢筋混凝土结构而言，其刚度与震害成反比，建筑结构的刚度也不宜过大，还要考虑造价和成本问题。高层建筑的刚度影响因素有两个：①结构水平位移，既要满足水平位移限值规范要求，又要确保水平位移角值可以有效控制；②控制地震力，计算值相对较小时，可能会看到高层建筑结构顶点位移及层间位移角均满足要求、配筋比较“安全”等现象，实则不然，这些都是假象。针对这些问题，应当在确保合理底部剪力的基础上，严格检查位移、内力和配筋情况。在确保结构的功能要求以及建筑设计条件基础上，对结构进行优化时，其基本的原则如下：①优化设计过程中，既要充分考虑地震对结构产生的作用，又要兼顾风荷载造成的影响；②对墙肢位置进行合理布设，确保建材能够发挥力学功能，确保剪力墙抗侧刚度可以有效抵抗水平荷载；③减少或避免浪费，将剪力墙结构设计的技术性与经济性结合起来进行综合考虑。
1.2 优化设计内容
（1）剪力墙结构应当沿着主轴方向进行双向布设，形成一个空间结构。剪力墙抗震设计时应当避免出现单向布设现象，两个受力朝向的抗侧刚度应当保持接近，以此来确保其空间作业性能良好。对于剪力墙而言其抗侧刚度和承载力都比较大。实践中为了能够有效利用剪力墙发挥作用，减轻建筑结构自身的重量，可以适当增大结构可利用空间且剪力墙不宜布设过密，使其结构侧向刚度适宜（2）墙肢截面应当规则、简单，竖向刚度一定要保持均匀，门窗洞口位置上下一定要对齐，而且成列布置。通过以上设计布设，使其形成一个较为明确的连梁和墙肢结构，确保应力分布的规则性与当前常用的计算简图相吻合，确保其安全可靠性尽可能避免在墙肢刚度悬殊较大的洞口处布设剪力墙。如果剪力墙洞口位置有错洞或者叠合错洞，则墙内的配筋应当形成框架结构形式。（3）如果剪力墙较长，则建议开洞口将其分成均匀的若干段。在墙段间，建议采用弱连梁方式进行连接，而且各独立墙段总高度应当其截面之间的高度比至少为2，以免因剪力墙自身的脆性而出现剪切性的破坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在进行抗震设计时，应当尽可能避免在墙边、洞口以及两洞口间形成截面高、厚之比不超过4 的墙肢否则应严格按照框架柱进行设计，箍筋按照框架柱加密要求进行全高加密处理（4）剪力墙承重力和平面刚度较大，应当对其平面外弯矩进行严格控制，以确保其平面外牢固、稳定。当剪力墙墙肢连接平面外楼面梁时，应采取有效措施避免梁端位置的弯矩对墙产生的影响。剪力墙的布设会影响建筑结构抗侧刚度，剪力墙应当自下而上进行布设，以免出现刚度突变现象。同时，还可以沿着高度方向对墙厚及混凝土的强度等级进行适当的改变（5）高层建筑剪力墙设计过程中应当对结构进行全面分析，确保最大层间位移、位移比以及周期比等指标基础上，再对每一层的剪力墙厚度进行确定。在此过程中，需充分考虑各抗震等级轴压比产生的影响极其安全稳定性。就普通高层住宅建筑而言在7、8 度地带，墙厚按稳定性以及构造要求进行严格控制。
2 高层建筑剪力墙结构优化设计的措施
2.1 连梁结构设计优化
剪力墙连梁结构的设计，要求其两端均与剪力墙平面内相连接跨高比不得高于5。当以提高建筑工程结构设计功能效果为目的时，可以选择用墙肢与连梁结构组合的方式做好剪力墙结构刚度与强度的控制。结合实际情况，采取措施来避免出现剪切破坏问题，墙肢与连梁结构的组合设计应遵循强剪弱弯的原则，并且要确定连梁结构屈服在墙肢结构屈服前（1）连梁刚度折减。剪力墙连梁结构跨高一般都比较小，在水平力作用下很容易产生较大的内力，当连梁结构屈服时就会出现裂缝病会降低结构刚度。针对此种特点在对结构进行设计时，需要从结构整体计算阶段，对结构刚度进行折减处理，即计算内力与位移时对所有构件采用弹性刚度计算，而对于剪力墙连梁结构刚度计算则可以进行折减处理，折减系数应控制在0.55 以上一般工程取0.7。（2）连梁跨度。在对连梁结构进行折减处理后，很多时候仍会出现连梁正截面受弯承载力不够的问题，针对此种情况在设计时可以采取扩大洞口宽度的方式来降低连梁的刚度减小地震作用对结构造成的影响，提高结构设计安全性与稳定性。
2.2 剪力墙长度优化
对于剪力墙结构来说在对其进行设计时，对其温度伸缩缝有明确要求，当结构位于室内或者土中时，间距最大为45m露天环境时最大间距为30m。但当剪力墙结构过长时则需要对温度伸缩缝的间距进行适当的调整，结合常见问题进行综合分析，来确定最终设计方案。剪力墙结构刚度比较大，这就决定了其所处环境一旦温差较大就会产生收缩变形，在加上墙体结构与对楼面、屋面存在较大的约束，如果剪力墙结构产生收缩变形会更容易形成裂缝，对结构稳定性影响比较大，并且处理起来难度较大。并且剪力墙结构水泥用量大，以及混凝土强度不断提高，施工后结构弹性模量增加，将会产生更大的约束拉力和更多的裂缝。因此在对剪力墙结构进行设计时，针对超长结构问题需要重点研究，例如出现与使用功能要求相差甚远的情况，并且不允许超长建筑设置永久缝时，可以选择对结构添加预应力的方式进行处理，同时还可以结合设计构造措施、施工措施等进行综合完善。
2.3 剪力墙转角窗优化
建筑工程结构模式的多样化使得结构平面体型各不相同，很多住宅建筑外墙角位置会要求设置转角窗，对于剪力墙结构设计来说，此部位也是重点设计环节。因为在此位置设置转角窗，会降低结构整体抗扭与抗侧力刚度，会造成临近洞口墙肢、连梁内力加大，出现明显的扭转效应，降低了建筑结构工程的抗震性能。在进行设计时，B级高度以及9 级设防A 级高度高层建筑不得在转角位置设置角窗，而对于8 度以及8 度以下级设防A 级高度高层建筑在设置转角窗时需确保洞口上下位置对齐，结合需求来控制洞口宽度及连梁高度，并加设配筋还可在楼板中增设暗梁提高结构整体性。
综上所述，剪力墙的抗震性、硬度十分重要，在实际设计过程中需因地制宜进行分析从而有效提升剪力墙结构。
参考文献
[1]田煦.浅谈框架剪力墙结构的设计要点[J].工程建设与设计.2016(10).
[2]钱志华.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的实践应用探究[J].智能城市.2016(10).
论文作者:司雷
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/21
标签：结构论文; 剪力墙论文; 刚度论文; 高层建筑论文; 位移论文; 洞口论文; 优化设计论文; 《防护工程》2017年第12期论文;