摘要：在高层建筑结构设计中经常采用剪力墙结构，怎样有效保证高层建筑剪力墙结构的安全性、稳定性，是对结构设计不断优化的最终目的，也是建筑结构设计师不断深入研究的课题。当高层剪力墙的设计存在缺陷时，将会严重影响到剪力墙结构和整体建筑结构的安全性、稳定性，因此，高层剪力墙结构的优化设计已经成为当今社会关注的焦点。本人在文中阐述了剪力墙在高层结构设计中的应用。
关键词：剪力墙；高层；结构设计
1 高层剪力墙结构布置要求与特点
1.1剪力墙布置要求
通常剪力墙沿主轴方向进行布置，设计人员在建筑平面内布置的剪力墙应当保持平均，剪力墙宽度与高度尺寸均较大，且其厚度偏薄，剪力墙主要承受水平作用、弯矩以及竖向荷载，因此剪力墙结构应具有抗风、抗震的能力，所以其结构体系应满足延性变形与抗脆性剪切的要求，在剪力墙设计过程中设计人员应尽量考虑其弯曲延性。
1.2 剪力墙结构类别
高层剪力墙建筑结构类型主要包括整体墙、联肢墙等，根据墙体的差异性特点以及其受力形式，对剪力墙体内力进行配筋，整体墙主要涉及山墙、局部开洞墙、结构片墙，而联肢墙则是将剪力墙通过梁进行连接，剪力墙建筑结构体系如下图所示。剪力墙在高层建筑中充当竖向承重与抗侧力结构的构件，设计人员在剪力墙上可以进行开洞设计，如洞口开设越大时，从受力体系上更接近于剪力墙框架体系。
1.3 剪力墙结构特点
（1）优点：高层剪力墙结构体系承载水平较高，自身侧向刚度较大、变形小，平面布局较为规整，剪力墙结构体系适用层高较小建筑，如高层住宅、高层宾馆等。
（2）缺点：高层建筑剪力墙结构体系自重偏大，且建筑平面布置空间存在局限性，为了满足业主对大建筑空间的需求，可将剪力墙转化为框架-剪力墙、框支剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构体系是把剪力墙、框架作为承载构件，承受水平与竖向作用荷载，而框架结构来承受竖向荷载，剪力墙则承受水平方向的剪切力。框支-剪力墙结构体系是把高层建筑底部设计为框架体系，这种结构体系适用于带有转换层的建筑。
2 工程概况
以某高层建筑为例，该高层建筑总共16层，还有2层地下室，总建筑面积为1.075×105 m2。该高层建筑的剪力墙结构的参数表现为：地下层以及1层的剪力墙厚度为250 mm，2层以及2层以上的外墙为200 mm，内墙为180 mm。原设计方案中，其剪力墙结构在X方向的最大层间位移角为1/2376，Y方向的最大位移角为1/1623.通过对剪力墙结构进行优化设计之后，剪力墙结构在X方向的最大层间位移角降低至1/1901，Y方向的最大位移角降低至1/1417，经过优化设计之后，不但提高了高层剪力墙结构以及整体建筑的稳定性，还节约了大量的梁、板、墙等的钢筋以及混凝土的用量，显著地降低了建筑成本，具有非常好的经济性。
3高层剪力墙结构的优化设计
3.1 高层剪力墙结构方案的优化设计
高层剪力墙结构的设计方案多种多样，在选择高层剪力墙结构方案时，应该选择正确的建筑结构体系以及构件需要的材料。层数低于20层时，通常采用短肢剪力墙结构方案。该种结构设计方案的水平地震剪力、周期和位移等都能够被控制在合理的范围内，并采用现浇剪力墙结构，合理地将钢筋混凝土墙置换成砌体或者砖墙，这样不仅能够提高建筑结构的整体刚度，减轻结构的自重，还能够有效降低工程成本。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于层数超过20层的建筑，如果采用短肢剪力墙结构方案，结构较软，结构顶点位移以及层间位移就不能够满足相关的设计要求，并且剪力系数较低，影响建筑整体结构的稳定性和安全性，因此，采用全现浇剪力墙结构方案，当结构刚度计算值偏大时，可以在较大的墙肢上增设结构洞，并将窗台改设为砖或者砌体等进行微调，这样能够增加结构的延性，提高剪力墙结构的整体抗震性能。
3.2剪力墙结构墙体配筋的优化设计
剪力墙结构墙体配筋的优化设计，首先应该选择质量好的钢筋，并且钢筋材料在进场之前，应该检查其是否具备生产许可证、合格证以及其他相关的证明资料。只有检查合格之后才允许材料进场，剪力墙结构墙体配筋通常要求将竖向钢筋放置在内侧，水平钢筋设置在外侧。由于地下部分墙体配筋相对较多，并且土压力和水压力产生的侧压力相对较大，可以将地下建立墙结构墙体的竖向钢筋设置在外侧，将水平钢筋设置在外侧，配筋满足规范建议以及相应工程计算的最小配筋率即可。这种根据高层建筑实际状况的剪力墙结构墙体配筋的优化设计能够显著地降低墙体配筋用量，降低工程成本。
4 高层建筑中剪力墙结构设计的要点
4.1 剪力墙结构的布置
剪力墙结构在高层建筑的结构设计中应用广泛，在剪力墙的结构中，主要运用钢筋混凝土剪力墙来承担剪力墙自身具备的竖向荷载力、水平地震作用力和风荷载力。因此，在进行剪力墙的布置时，应找出结构自身的轴线，满足建筑物自身的需求，进行规则性的对称布置。且为防止扭转效应的出现，在布置时，要考虑结构的对称性，使其刚度中心和建筑物中心尽量接近。
在进行短肢剪力墙结构的选择时应慎重，使用短肢剪力墙结构可以灵活的布置建筑，并能减低建筑结构的自身的重量。但短肢剪力墙本身的抗震性能弱，难以保障建筑的自身安全。在建筑结构中不能出现独立墙肢，否则会使施工的难度变大。在建筑工程的设计中，可采用合理布置剪力墙及合并洞口的方法，消除独立的小墙肢，降低工程的施工难度。在建筑结构设计中，还应保证剪力墙结构的整体的刚度。若建筑结构中的剪力墙结构刚度大，结构自震周期较短，其地震力较大，消耗的施工材料也会增多，经济性不好。且连梁超筋、墙肢及截面会因为地震力过大而达不到抗剪力的标准。因此，为确保剪力墙结构能达到位移限值的要求，应有效控制剪力墙结构的整体刚度。
4.2 有效控制剪力墙结构参数
为保证剪力墙结构能科学合理的布置，需要控制结构中的侧向刚度比、位移比、刚重比、周期比及层间位移角等参数。其中，位移比主要用来限制剪力墙结构布置自身的不规则性。防止因出现过大的偏心力而造成结构出现扭转效应。
4.3 剪力墙结构的计算、计算及配筋
剪力墙中有水平向和竖向钢筋，在对其进行构造及计算时，应确定其用量，并验算斜截面中的抗剪承载力及正截面中的抗弯承载力。做好墙体与连梁的协调工作，剪力墙自身应具有一定的刚度和强度，连梁具有紧密连接墙肢、提高剪力墙刚度的作用。在进行高层建筑结构整体的计算时，应折减连梁的刚度。且其折减值范围应在0.5～1.0。若折减刚度后，建筑结构的斜截面受剪承载力及正截面受弯承载力不足，可通过减小整体刚度、降低连梁高度的方式来减少地震造成的影响。
结束语：高层建筑结构设计与剪力墙结构设计中的受力情况很复杂，高层建筑结构设计应对设计方案进行比较，并根据实际情况详细分析，合理确定结构体系。且随着剪力墙结构在高层建筑结构中的广泛应用，应对剪力墙结构进行分析以充分发挥其作用，提高建筑物的抗震性能，进而保证建筑工程的安全和质量。
参考文献
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[2]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2010，36（5）.
[3]安然.高层民用建筑剪力墙结构设计分析[J].门窗.2014（07）
论文作者:徐荣华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/19
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 高层论文; 位移论文; 建筑结构论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2018年第12期论文;