余之影
贵州同盛建筑设计有限公司
摘要：建筑剪力墙结构具有刚度大、整体性强、用钢量小等优点，因此被广泛应用于高层住宅建筑中。尤其是在酒店等分间较多的居住性建筑结构中，墙体通常采用剪力墙结构，这样就可以将分隔墙与承重墙合二为一，体现了一定的经济性。文章主要针对高层住宅建筑剪力墙结构设计要点及优化的措施做了一些简要的探讨。
关键词：高层住宅；建筑剪力墙；结构设计；优化设计
一、住宅建筑剪力墙结构的优化设计
（一）剪力墙住宅的结构设计经济性分析
（1）剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较小。在高层住宅中，开间均较小，分隔墙较多，采用现浇剪力墙，可将承重墙减少，比较经济。另外，剪力墙外观整齐，没有露梁、露柱现象，便于室内布置，因此在高层住宅中常采用现浇剪力墙结构。
（2）剪力墙结构设计中应注意的问题。剪力墙结构的坑侧刚度大，结构周期小，地震响应大；剪力墙结构墙体越多，建筑物的重量越大，地震反应也大，会造成浪费；另外，剪力墙结构墙体多为构造配筋，如果配筋太低，则结构延性差。刚度较大的结构一般震害较轻，但是，一般情况下，建筑物的刚度越大，工程费用越高。
（二）剪力墙结构构件含钢量控制
随着当前我国建筑科学的迅速发展，建筑高度越来越高，剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越广泛。要实现高层建筑结构设计的经济性，就必须对其剪力墙结构中的含钢量进行适当的控制。因此，在高层剪力墙结构设计时应该根据实际情况，依据设计规范要求对高层剪力墙结构进行计算分析，优化结构设计，在确保结构安全的前提下将含钢量控制到最为经济。经过多年的设计及施工经验积累，对高层建筑剪力墙的合适含钢量已经有了一些标准，该合适含钢量指标对剪力墙结构设计的经济性有一定的指导意义。
（三）优化结构设计，降低工程造价
优化结构设计，使结构受力均衡，技术应用得当，整体安全可靠度一致，任一结构都能同时发挥其最大作用，这样设计出的结构才能达到既经济，又合理的目的。从结构设计整体布局来看，在水平荷载作用下，剪力墙的暗柱配筋往往是构造配筋，暗柱断面的确定与剪力墙的布置有密切的关系，而构造配筋与暗柱断面又有着一一对应关系。由于剪力墙布置的差异，一片剪力墙两端暗柱的断面可能差6倍～10倍。配筋也相应差6倍～10倍。而剪力墙在不同方向的水平荷载作用下是具有对称性的。这样设计出的结构就会造成极大的浪费，因此，首先调整剪力墙的布置，尽可能使之对称这样即节省了造价，又增加了结构安全性。
二、剪力墙结构方案选择
高层建筑剪力墙的设计方案有很多种，在确保建筑工程结构安全的前提下，应考虑最大限度地降低工程造价，选用合适的结构形式。尤其是在设计方案与初步设计阶段，应选择合适的结构体系，选用恰当的构件截面尺寸、合适的建筑材料，这都将在很大程度上降低工程造价。选择合适的结构体系可从整体上控制成本；根据建筑物上部结构的使用不同，选用不同类型的构件截面，避免造成浪费，所以在方案设计阶段，选择合适的结构形式对成本控制影响相当巨大。
层数较少的高层住宅建筑可采用短肢剪力墙结构体系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对层数在20层以下的住宅建筑若采用传统的现浇剪力墙结构，因各墙肢的实际轴压一般会比计算值偏小，墙体又多为构造配筋，就会导致墙体的承载力不能充分发挥出来，而采用短肢剪力墙结构可很好地解决上述问题。在7度区，层数小于20层的高层住宅建筑采用短肢剪力墙结构，可将结构顶点位移、周期、水平地震剪力等控制在合理范围以内。合理采用短肢墙可将部分混凝土墙用砖墙替换，减轻墙体自重，降低结构刚度，因此降低了其地震反应与工程费用，还加大了结构延性，提高了结构抗震性。
三、剪力墙结构设计要点及优化的措施
（一）注重转换层结构设计
现代高层建筑的使用功能越来越多样化，多功能的综合大楼，其上部结构、下部结构的使用功能是不同的。因此，其结构布置形式也应该有相应的变化，必须设置转换层结构。高位转换的底部大空间剪力墙结构相当复杂，因此在进行设计时必须要引起重视。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。
（二）对于连梁设计的有效优化
在设计连梁的抗震与非抗震的时候，在高跨比的分类之上，主要是有小于2．5和大于2．5两种，并且对于截面配筋以及受剪承载力两个方面都有了相应的规范。而可以使用以下两种方式针对塑性调幅：
（1）在进行内力计算之前，就需要拆减连梁的刚度；
（2）在进行内力计算之后，连梁的剪力与弯矩的组合值还需要乘上一个折减系数。但是，我们应当明确的是，无论是选取了哪一种，都需要确定在实际使用阶段当中的剪力与弯矩的设计值，都要小于调整后的值。此外，在设计弯矩时，也必须大于设防烈度低一度的地震组合所得。从而对于正常使用情况之下，亦或是在小型的地震发生之后，对于裂缝进行有效防止，最终达到确保高层建筑物的安全性能。
（三）转换层上下部结构优化设计
（1）在转换层的上下刚度的传递放纵，剪力墙布置存在的影响。如果要能够准确的传递上下两种不同结构形式的内力，首先需要考虑到刚度突变，而对于转换层上下的结构可以通过两种方式将刚度突变的问题加以解决：①将上部的刚度减少，也就是在上部当中，能不设置剪力墙就尽量的避免设置，当满足了轴压比时，确保墙肢尽可能的短；②将下部的刚度进一步的加大，在建筑满足了功能之下，再恰当的布置若干的落地剪力墙在大空间层之内，此外需要避免集中，将剪力墙均匀的分布于其中。③需要合理的选择转换层上下部结构刚度。如果剪力墙转换层刚度过大，不但会增大地震的反应以及竖向刚度的提高，更会增加材料的使用量，从经济的角度考虑是极为不合理的。如果剪力墙转换层刚度过小，就可能出现沉降差，进而使得明显的次应力在上部结构与水平结构之间出现，从而增加了配筋量。
（四）底部加强部位
在剪力墙设计时，一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/10二者的较大值。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下一层，此时地下一层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下一层，并应按规范要求在地下一层设置约束边缘构件。
四、结束语
目前在高层住宅建筑中剪力墙结构设计呈多样化的趋势，掌握合理的、安全的设计方法是需要我们灵活运用概念设计再结合实际需要把握剪力墙结构设计的整体设计效果，做到既体现设计的经济性又保证了设计的安全性。
参考文献：
[1]王晓莉.高层剪力墙结构设计分析[J].山西建筑，2013（06）.
[2]王春伟．高层建筑转换层结构设计[J].城市建筑2014（09）.
[3]何威.试论高层建筑剪力墙结构设计方式[J].工程建设，2011.（03）.
论文作者:余之影
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/17
标签：结构论文; 剪力墙论文; 刚度论文; 结构设计论文; 建筑论文; 部位论文; 高层住宅论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;