摘要：为了保证高层建筑的整体安全，就必须科学合理的进行承重设计【1】。其中，混凝土剪力墙结构在高层建筑中应用广泛，同时影响着高层建筑的整体安全系数。为了确保高层建筑的工程质量，就必须对剪力墙结构进行优化设计，从而提高高层建筑的整体安全系数。本文将对高层建筑剪力墙结构的优化设计进行研究，主要分析剪力墙优化设计过程中的设计理念及原则，同时提出合理的设计方案，进而优化剪力墙结构的设计方案。
关键词：剪力墙；优化设计；高层建筑；设计原则
前言:目前，我国高层建筑物大多采用钢筋混凝土结构，根据抗侧力单元进行结构划分，可将结构划分为：剪力墙结构，简体结构和框架结构三种【2】。对三种不同的结构进行对比，其中剪力墙结构对比其他两种结构拥有刚度较好且整体性能较好的优势，同时在抗震性和抵抗侧向变形方面也具有一定优势，因此在高层建筑施工过程中被广泛应用。在高层建筑中，对结构进行设计的目标是确保建筑整体的安全性。为了能够更好的实现这一目标，在进行结构设计之前，一定要将各种建筑之间的配合与技术的可行性相结合，从而进行综合性考虑，进而选出最优的设计方案应用到结构设计中。目前，我国高层建筑物的整体结构设计，还存在着一定的不足，由于设计人员缺乏专业精神，对整体高层建筑的设计把握方面缺乏细微考虑，常常忽略一些细节，这些被忽略的细节正是优化设计的空间。因此，高层建筑结构优化设计方案应从整体把控，细节入手。
1高层建筑剪力墙结构优化设计原则
1. 1承载能力强且利于抗震
在进行剪力墙结构设计的过程中，首先要考虑的是建筑整体的安全问题。因此在设计的过程中，要遵循承载能力强且利于抗震的原则。为了能够更好的遵循这一设计原则，就必须考虑剪力墙的合理数值和适宜刚度【3】。在整体建筑中，剪力墙属于重要的抗震构件。通过对地震事故的现场进行分析总结，刚度越大的剪力墙在地震过程中所受的损失越小，但是刚度大的剪力墙相对设计成本要高一些。因此在对剪力墙刚度设计的过程中，一定要把握好尺度。在考虑到经济成本的同时，合理控制剪力墙的使用数量，一方面能够合理的减少开销，另一方面能够满足整体建筑承载能力的需求。在剪力墙数量的选择上应从以下两个方面进行考虑，第一，地震力的控制。第二，结构水平位置的控制。通过这两方面进行综合考虑，就可以准确的计算出剪力墙的使用数量。
1. 2 材料力学性能明显
对剪力墙结构体系的设计过程中，为了充分发挥结构体系的重要性，一定要考虑材料的力学性能，这样才能充分发挥出材料性能在整体结构中设计中的重要性【4】。因此，对结构优化设计应从以下两个方面进行考虑。第一，最大限度的减少使用短肢墙和小墙肢的数量。在高层整体建筑中，剪力墙的侧移刚度影响着剪力墙的结构侧向度，通过对短肢墙和小墙肢的数量控制，从而发挥出建筑材料的力学性能，大大节约了设计成本。第二，在结构设计的过程中，要对墙肢长度之间存在的个体差异进行合理控制。差异过大的墙肢长度，一方面影响材料力学性能的完整性，另一方面影响建筑整体的受力情况。
1.3结构设计要经济合理
为了更好的完成剪力墙结构设计经济合理的目标，在设计的过程中要从以下两个方面进行充分考虑。第一，材料的选用。在建筑施工过程中，材料的浪费是造成施工成本升高的主要原因，因此在进行剪力墙结构设计的过程中，要对水平分布的钢筋和短肢墙中的箍筋进行有效合并，从而减少施工过程中钢筋的使用数量，这样既不影响建筑的整体质量，同时又很好的节约了材料使用的成本，因此是剪力墙结构设计经济的重要因素。第二，对剪力墙的开洞要进行合理的控制【5】。在高层建筑物中，除门窗洞属于必要的开洞之外，还需要根据整体的结构布局设计出结构洞。从经济的原则考虑优化设计的方案，尽量将剪力墙设计成长墙，从而减少结构洞的数量，有效的降低建筑成本。
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2.剪力墙结构材料的用量
2.1混凝土的用量
剪力墙的结构体系中，一般会采用钢筋混凝土的结构体系，因此，混凝土在剪力墙的结构设计中是必不可少。在剪力墙的优化设计方案中，混凝土的使用数量明显少于之前未优化设计方案中的数量。具体内容如下：第一，在剪力墙优化设计方案中，由于对小墙肢及短肢墙的数量进行了有效的控制，因此减少了大量的混凝土使用。第二，剪力墙的优化设计方案中，对建筑材料的力学性能进行了充分的考虑，一部分混凝土的承重通过钢筋力学性能进行了很好的转移，在这种情况了有效的节约了混凝土的使用数量。
2.2钢筋的用量
在钢筋混凝土结构当中，钢筋属于必不可少的建筑材料。在剪力墙的结构体系当中，钢筋发挥着重要的作用。由于对剪力墙的结构进行了优化设计，有效的减少了钢筋的使用数量，下面进行具体分析，内容如下：第一，对水平分布的钢筋和短肢墙中的箍筋进行了合并，从而有效的减少了钢筋的使用数量。由于材料的使用数量得到了有效的控制，因此降低了建筑材料的使用成本。第二，充分发挥了材料力学性能的作用。在剪力墙优化设计的过程中，设计师对以往忽略的细节进行了严格的把控，一些半角不在需要钢筋材料的支撑，从而有效的降低了边角钢筋材料的使用数量。综上所述，剪力墙结构的优化设计方案，在保证高层建筑整体质量的同时，有效的减少了钢筋的使用用量。
3.针对高宽比对材料的分析
3.1变化层数对高宽比的改变
高宽比严重影响着高层建筑材料的整体受力情况，尤其是变化层数对高宽比的改变。高层建筑物中，只有在高宽比处于结构稳定的情况下，才能确保建筑物的整体稳定性。近年来，由于城市建设发展迅速，高层建筑物也随之增多。其中，高层建筑物每增加一层或减少一层，都会对整体建筑的高宽比产生一定的影响。通常，建筑物层数改变引起的不稳定因素是无法通过其他方式进行解决，只有通过建筑材料的力学性能对建筑的整体受力进行平衡控制，从而保证建筑整体的相对稳定。换言之，高层建筑物由于改变层数引起的高宽比改变，只能通过建筑材料进行弥补和解决，同时在材料的选择上必须要满足变化的需求。
3.2通过宽度变化进而改变高宽比
在建筑的整体结构设计中，改变建筑的宽度也会影响建筑的高宽比。具体内容如下：建筑的宽度增加，导致建筑的中间层面受力增大，进而导致建筑的整体受力情况增强。一般在这种情况下，需加强建筑的中间层面承载能力，从而保证建筑中间层面的稳定性良好。为了更好的实现这一目标，需对建筑的中间层面进行材料支撑，同时所使用的建筑材料要符合整体建筑的要求。
结语:在高层建筑中，剪力墙的结构体系已经被广泛应用。一方面，剪力墙结构体系在施工过程中操作性高。另一方面，剪力墙结构可以确保工程的整体质量。因此，为了能够科学的利用剪力墙的结构体系，促进剪力墙结构体系在整体建筑中发挥最大的优势，就需要在结构设计方面进行合理的优化。本文从剪力墙的使用原则，使用数量和高宽比进行了分析，希望可以通过科学合理的优化设计方案，为同行提供更有价值的参考。
参考文献：
[1]李炎. 高层剪力墙结构合理布置及优化设计研究[D].长江大学,2017.
[2]张天宇. 高层建筑剪力墙结构的优化研究[D].兰州理工大学,2017.
[3]康新杰. 某高层住宅剪力墙结构优化设计[D].河北工程大学,2017.
[4]李骏如. 高层建筑剪力墙结构优化设计探析[J]. 建材与装饰,2015(52):107-108.
[5]杨现东. 高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J]. 四川建材,2016,42(02):47-48.
论文作者:王昊焱
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：剪力墙论文; 结构论文; 建筑论文; 高层建筑论文; 钢筋论文; 优化设计论文; 数量论文; 《基层建设》2019年第30期论文;