段伟 吴磊
（荆州市城市规划设计研究院，湖北，荆州，434000）
【摘 要】随着城市土地资源的不断紧张，高层、超高层建筑已变成城市建筑发展的大趋势。为提高高层建筑的经济性与抗震性，建筑剪力墙的研究具有了重要实践与理论意义。
【关键词】高层建筑；剪力墙结构；优化设计
伴随城市人口的不断增长，土地资源日益紧张，人们不得不向高层空间发展，建筑高度不断增高。高层剪力墙是高层建筑的筋骨，具有整体性较强、刚度大、用钢量较小等特性，在高层建筑广泛应用。选用剪力墙构造可使室内不出现露柱、露梁等现象，利于外形美观，也利于室内的布置。尽管剪力墙应用于高层建筑具有诸多优点，然而因剪力墙抗侧刚度较大，所以会对地震产生较大反应，剪力墙中各墙肢轴压通常都较小，从而致使其无法充分发挥出各墙肢承载性能。在对高层建筑的剪力墙结构进行优化设计之时，怎样使剪力墙的优点得以充分发挥，并避免其缺点，使工程造价降低，已成为我国建筑设计师所必须研究的问题。
1 高层建筑剪力墙优化设计原则
（1）合理设计剪力墙刚度适宜及数量
在高层剪力墙体系中，其剪力墙为抗震的主要构件。高层建筑刚度较大时通常震害相对较轻，但建筑结构刚度也不可无限增大，一般状况下，建筑刚度如果越大，则其所承受地震的水平力也将随其变大，从而使工程成本提高，所以，设计时必须确定好建筑刚度。合理的剪力墙数量主要由两个因素决定：一是高层建筑结构水平位移的控制，另一个为地震力的控制，因为有时在计算地震力值偏小情况之下，将出现结构的顶点位移符合要求、配筋构造安全的假象。
（2）尽可能采用普通型剪力墙，控制短肢墙与小墙肢数量
在高层建筑的剪力墙中，其侧向刚度是由剪力墙结构侧移刚度所决定，对剪力墙布置方案进行调整，尽可能使墙肢长度足够长，并保证两端和翼墙相连接，降低短肢墙与小墙肢数量。如此做法其优点为：一方面能够使剪力墙抗侧移的刚度得到有效发挥，在规范层其位移角度限值满足条件下，可使剪力墙数量减少；另外，采用较大截面高度墙肢，能降低剪力墙中开洞构造的数量，并使剪力墙其截面两端的边缘约束结构数量减少，进而使暗柱构造的配筋面积减小，以使得经济效益更大。
（3）控制墙肢的长度差异
在对布置剪力墙结构方案进行调整时，要尽可能降低墙肢长度差异，以使得各剪力墙所分配地震的作用力能够均匀。如此，既可有效防止墙肢出现超筋，也可以使各片按照构造需求进行配筋的剪力墙作用得到充分发挥，从而实现对高层建筑侧向荷载的有效抵抗。
（4）注重水平分布和短肢墙内箍筋的合并
因短肢剪力墙其截面高度很小，且边缘约束构件所占范围也较大，因此，当剪力墙结构截面两端边缘约束构件长度处于所允许范围内，并在进行箍筋与拉筋设置后，若再对水平分布的钢筋进行设置，则必然造成水平钢筋和箍筋的大范围重叠，引起极大浪费。所以，对于具有较小截面高度短肢型剪力墙结构，应当沿着墙肢截面进行箍筋的全高设置及数量一定拉筋的布置，以使剪力墙其截面两端的箍筋和水平分布的钢筋能够合并。
（5）合理处理剪力墙开洞
高层建筑结构剪力墙中，除了必需的门窗洞之外，一般还需按照结构布置及方案调整需要并根据构造进行结构洞的设置。由优化设计角度而言，应当尽量设置成长墙，降低结构洞数量，从而使剪力墙作用得到充分发挥；若由结构合理受力的角度而言，则应对结构洞合理设置，尽可能降低墙肢的长度差异，以使各剪力墙能够均匀分配地震时的作用力。
2 剪力墙结构的优化设计分析
2.1 优化设计的经济性要求
在高层建筑中经常采用剪力墙现浇结构。在剪力墙优化设计时，要注意以下几个方面：剪力墙存有较大坑侧刚度，且结构周期较小，地震反应大；若剪力墙设置越多，则建筑结构的重量将越大，从而地震响会越大，引起极大浪费；在剪力墙配筋中构造配筋较多，若配筋过低，则其结构延性较差。通常具有较大刚度的结构其震害会较轻，然而若建筑结构的刚度设置越大，则工程成本会随之增加。所以，在剪力墙设计时，要在满足规范中关于地震力与建筑水平位移需要条件下，要做到经济合理、安全适用，要控制结构的水平位移与地震力处于合理范围之内，之后对结构内力与配筋进行检查。
2.2 高层建筑剪力墙构件含钢量的优化设计
在根据结构建筑设计规范所进行的实际状况中，针对某高层建筑剪力墙结构计算来作整体性分析，并从剪力墙构件含钢量角度来具体进行分析，进而对其结构设计适时优化。在开展优化设计时，要根据现象规范对钢筋混凝土结构的含钢量，剪力墙结构端部增强区关于翼柱、端柱、暗柱配筋构造的要求及剪力墙钢筋分布的配筋需求、连梁配筋需要等进行设计。由于混凝土是泵送商砼，有较大水灰比与收缩率，为了满足要求根据实际状况，合适的高层建筑含钢量如表1：
2.3 高层建筑剪力墙的具体优化设计措施
（1）在高层建筑剪力墙中，其适宜沿着主轴向或是其他方向进行双向分布，以形成空间构型。为满足抗震要求的剪力墙设计，应防止剪力墙单向布置，并尽可能保证两受力方向其抗侧刚度相近，从而使其具备较好空间工作的性能。因剪力墙抗侧刚度和承载力都较大，为了剪力墙能力得以充分发挥，降低建筑重量，并加大剪力墙可利用的空间，墙体不宜太密布置，以使其所具有侧向刚度适宜。
（2）剪力墙的墙肢截面应规则、简单，剪力墙竖向刚度需均匀，且剪力墙门窗洞口应该成列布置、上下对齐，以产生明确的连梁与墙肢，应力规则分布，又和当前所普遍运用计算简图比较符合，使设计结果可靠、安全。此外，还要防止因洞口设置造成墙肢刚度的相差悬殊，在剪力墙布置洞口发生叠合错洞、错洞时，应保证墙内配筋构成框架等形式。
（3）剪力墙较长宜有洞口开设，将其分为若干长度均匀的墙段，各墙段间要采取弱连梁相连，每一独立墙段总高度和截面高度的比值需大于2，以防止剪力墙发生脆性剪切破坏状况。进行抗震设计之时，要尽可能防止在墙边和洞口或两洞口间产生墙肢截面的高度和厚度比值低于4小型墙肢。若小墙肢其截面高度低于4倍墙厚时，要按照框架柱的加密区需要来全高加密设计箍筋。
（4）布置剪力墙对于结构抗侧刚度具有较大影响，设置剪力墙应该自下至上连续进行，防止刚度突变的出现。允许沿着高度变化墙厚与混凝土的强度级别，或取消部分墙肢布置，使其侧向高沿高度逐步减小。若沿高剪力墙不连续，则将引起结构刚度沿高突变，不利于结构抗震。
3 结论
在高层建筑剪力墙优化设计中，如何既使该体系外观简洁、刚度大等优点得以发挥，又可避免其工程成本高等缺点，此为设计关键。文章通过对高层建筑结构剪力墙优化设计的分析，并根据高层建筑剪力墙的优化设计计算原则，然后主要由经济性要求、配筋优化、具体优化措施等方面来对高层剪力墙建筑结构优化设计展开了分析，以确保高层建筑使用更加安全可靠、经济适用，从而促进我国建筑事业的不断发展。
参考文献：
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[3]门进杰,李慧娟. 某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].结构工程师.2013(03)
论文作者:段伟,吴磊
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/2
标签：剪力墙论文; 刚度论文; 结构论文; 高层建筑论文; 截面论文; 优化设计论文; 建筑结构论文; 《工程建设标准化》2015年8月供稿论文;