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摘要：随着建筑工程的迅猛发展，剪力墙结构体系已成为我国高层住宅建筑的核心体系，其设计的合理性与建筑结构的安全性和抗震性能息息相关。在结构设计时一定要针对建筑的实际情况选择相对合理的剪力墙布置方案，结构工程师应遵循相关的优化设计原则，保证建筑结构在相应的竖向和水平荷载下充分发挥其结构刚度大、整体稳定性好的特点，为居民提供安全的居住条件。
关键词：高层剪力墙；住宅结构；优化设计原则；措施
1高层剪力墙住宅结构优化设计原则
1.1合理调整楼层位移与楼层高度之比的原则
在剪力墙结构设计中，应根据层数、层高、层间最大位移等比例调整楼层高度，降低建筑物的变形量。
1.2梁、板设计原则
梁、板在高层住宅剪力墙住宅标准层单位面积含钢量中占35%～50%，虽然占比小于剪力墙，但梁板的优化设计也是不可忽视的。住宅使用荷载较小，楼板一般只需构造配筋，楼板钢筋用量取决于楼板板厚，楼板厚度满足挠度、裂缝和设备穿管的最低要求即可。楼面梁设计时，应尽量保证梁荷载有明确简单的传力路径，避免多级次梁出现；结构外围连梁在结构整体刚度满足规范要求的情况下，避免设置高连梁；连接较厚剪力墙的连梁，梁宽可以适当减小，这样可以节省混凝土用量和构造配筋量；当小跨度楼板上有隔墙或小开洞时，隔墙位置或洞口边可以不设边梁，可采用楼板内设置暗梁或加强筋的方式。
1.3尽量采用均匀的普通剪力墙，减少短肢墙及超长墙的数量
结构设计时应尽量加长剪力墙墙肢的长度，并减少短肢墙的数量，避免在小开间里设置多道剪力墙。这样的好处有三个：首先可以在满足规范对水平侧移的要求下高效发挥剪力墙的抗侧移性能，减少剪力墙布置的数量。其次剪力墙数量减少后，边缘构件的数量和暗柱的配筋面积相应降低。最后由于剪力墙之间的间距得到扩大，提高了建筑的空间灵活性。针对墙长＞8m的超长墙，如果其剪跨比＞2，且满足轴压比限值，是能够实现延性弯曲破坏的。但是即便如此，在结构设计中还是应该避免各别强肢使用超长墙。超长墙因其刚度远远大于其他普通墙肢，它所承担的总地震力比例占主导，在超过设防烈度地震的作用下超长墙会首先破坏，其余剪力墙无法起到二道抗震防线的作用，结构有可能发生由局部超长墙破坏导致的连续倒塌。一般会在这类墙体中部设置洞口（跨高比＞6的弱连梁）将其分为长度均匀的两段普通剪力墙，这样可以有效避免由于应力集中导致的结构安全问题。
2高层剪力墙住宅结构优化措施
2.1合理的布置剪力墙结构
设计人员在设计剪力墙结构的过程中，要依据科学合理的方式完成剪力墙结构承载力提升的工作，尤其是提升剪力墙水平方面的承载力。首先需要优化剪力墙结构的计算方式。通常来说，填充墙与剪力墙墙体的刚度和强度有关，刚度越大，则对填充墙的作用力越小。如果选择短肢剪力墙，则需要考虑到短肢剪力墙结构的抗震性能不足，在高层建筑中的应用需要增加提升稳定性的防护措施。在方案设计时，不但要确保整体建筑结构的实用性，还要保证实际施工时剪力墙布置的灵活性。必要情况下，可以通过调整建筑结构，让剪力墙能够有效支撑，减轻建筑结构的重量。在布置剪力墙结构的过程中，可能会出现一些独立的小墙肢，这就需要设计人员在设计的时候做合理的开孔工作，避免剪力墙结构中出现单独墙肢，增加建筑施工的难度，给施工人员带来不便。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当然，设计人员也要遵循剪力墙位移方面所限制的相关要求，在增大建筑墙肢和连接梁之间抗剪能力的同时，减少截面设计的难度。
2.2模型计算方面的优化
在通过软件对结构设计时，可以根据规范要求来考察剪力墙布置是否合理。例如以楼层最小剪力系数作为调整目标，按优化设计原则尽可能减少剪力墙的数量，在结构具有足够侧向刚度的前提下，使楼层最小剪力系数接近但不小于规范要求。通过这种方式减轻结构自重，减小结构刚度引起的地震作用效应，从而降低工程造价。在实际工程项目设计中，有时会遇到结构某一方向层间位移不能满足要求的情况。这时不该盲目地增加该方向的侧向刚度，增加该方向的侧向刚度虽然能够解决位移指标不够的问题，但可能是不经济的。此时应该注意该结构的剪重比，如果结构剪重比已经较大，则应该降低另一个方向的结构刚度，降低地震作用效应，这样可以达到更优的效果。另外在遇到结构层间位移不能满足规范限值但非常接近的情况时，可以采取下面两种措施：在软件计算控制信息中勾选楼板自重扣除与梁墙重叠部分；当建筑填充墙数量较少时，结构周期折减系数可取0.95。上述两种方法在高层剪力墙结构住宅设计时可以有效避免不必要的成本浪费。
2.3剪力墙的连梁设计
连梁是高层建筑剪力墙中重要的一部分，其将高层建筑和剪力墙有效的连接起来，由于剪力墙结构自身有较强的强度和刚度，而刚度又会引发一定的内力，内力会对剪力墙结构带来不利的影响，所以设计人员在设计中要先对内力进行计算，运用刚度折减的方式掌握内力的数值。再者，如果高层建筑受到外界风力或者地震的作用，建筑结构中的连梁会相应产生较大的内力，破坏连梁的结构性能。为了改善这一现象，设计人员可以将降低连梁内力作为主要的因素，连接中部开水平缝或者增加剪力墙洞口的宽度，有效降低连梁的内力，同时降低其破坏力，保证高层建筑的稳定牢固。
2.4确定剪力墙墙肢的长度
剪力墙的截面高度就是剪力墙墙肢的长度，墙肢的长度直接关系到墙体结构的稳定以及外观是否协调。一般来说，剪力墙的墙肢长度在8m以内，在实际施工的过程中为了确保墙体结构的延展性，减少外力情况下对于墙体的损坏，可以将剪力墙的高度与宽度比例相差较大的地方进行弯曲设计。部分的建筑墙体在实际的施工过程当中由于墙体的长度跨度比较大，为了确保墙体高度与宽度比值在合理的范围之内，可以采用墙体连续开洞的方式，将墙体间隔长度较小、均匀的、连续的剪力墙肢墙。墙体跨度较大的墙，在进行连续开洞时需要结合弯矩约束较小的连梁，通过这种建筑设计的应用可以有效的保证墙体结构的稳定。
2.5对墙身设计环节的优化
在剪力墙结构设计中，需要对墙体进行优化设计，包括剪力墙数量、长度以及厚度的优化。在保证建筑结构的整体抗震功能的前提下，降低造价，这是初步设计中非常重要的一部分。在施工图设计阶段，要做剪力墙的配筋优化设计，保证结构中的水平和垂直钢筋的匹配，斜截面和正截面的剪切和弯曲承载力能够有效地结合。以完成规范的验证工作，并在详细规划中严格符合规范要求，合理安置暗柱和端柱，进一步完善一级、二级和三级、四级结构抗震措施，保证建筑结构稳定性的全面提升。另外，在结构墙身详细规划过程中，还要对钢筋的间距进行合理安置，全面提高墙身规划的质量。优化原则是选择小直径的高强钢筋，将墙身的计算结果控制在构造配筋范围内，仅满足最小配筋率要求即可。如若遇上高度较高，平面规则性又差的结构，剪力墙的分布钢筋的配筋率应适当提高，控制在较小的幅度内，可略高于最小配筋率。
结语
随着现代建筑设计技术水平的不断提高，作为高层住宅设计的重要结构体系，剪力墙结构的重要性日益凸显。要提倡符合结构概念设计理论的优化设计原则，结合项目的实际情况采用相应的优化措施，提升建筑结构的安全性能和经济指标，确保城市高层建筑的设计质量，为城市经济的发展添砖加瓦。
参考文献：
[1]丁萍.高层住宅剪力墙结构设计优化与建筑空间要求的设计探讨[J].智能城市，2018，4（13）：34-35.
[2]李峰.上海某高层剪力墙结构住宅设计的含钢量指标分析[J].建筑结构，2017，33（5），8-12.
论文作者:邹鲁腾
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第2期
论文发表时间:2019/9/5
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 墙体论文; 建筑结构论文; 楼板论文; 内力论文; 《建筑细部》2019年第2期论文;