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摘要：随着我国建筑行业的迅速发展，高层建筑物对于剪力墙结构设计的要求越来越高。剪力墙结构作为我国高层建筑的首选结构形式，越来越受到人们的重视，对其进行优化设计就显得尤为重要。本文通过工程实例对剪力墙结构优化设计进行了全面的阐述。
关键词：剪力墙；特点；优化设计；用钢量
1 剪力墙结构体系特点
剪力墙是钢筋混凝土高层结构中不可缺少的构件。剪力墙是截面高度大而厚度相对很小的片状构件，其承受竖向荷载及水平荷载的能力较强，而且整体性好、侧向刚度大、平面内刚度大、水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置。虽然剪力墙的优点较多，但同时也存在剪切变形相对较大、平面外刚度较弱、不能为房屋提供较大开间等缺点。此外，剪力墙开洞后的形式变化较多，受力比较复杂，因而了解剪力墙的特性，发挥其所长，克服其所短，是正确设计剪力墙的关键。
为了承受各个方向的水平力，对于矩形平面，剪力墙在纵横双向均应设置；对于圆形平面，剪力墙应沿径向及环向设置；对于三角形平面，剪力墙宜沿三个主轴方向设置。
剪力墙结构刚度很大，但刚度大小问题历来争议较多，通过历次震害表明，刚度较大的结构一般震害较轻。然而结构刚度不能无限增大，因为一般情况下，建筑物刚度越大，工程造价越高，这里有个“度”的问题。对于高层建筑，控制这个度主要有两个因素，一个是控制结构的水平位移，应使结构水平位移满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）中有关结构水平位移的限值；另一个是控制地震力，因为在地震力计算值偏小的情况下，有时也会出现结构顶部位移满足要求、构件为构造配筋的安全假象。所以，只有剪力在合理范围内，计算并检查位移、内力及配筋情况才有意义。在结构设计中为了合理布置剪力墙，其底部剪力系数a= 底部剪力/ 结构自重。
在高层剪力墙结构设计中，既要发挥它具有足够的抗侧能力等优点，又要改进其工程费用较高的缺点，因此优化设计成了必不可少的手段。结合工程实践经验，本文对剪力墙结构优化设计方案进行了浅析。
2 设计实例
某楼盘为7 栋27 层高层住宅楼，建筑高度为71. 5 m，地下一层为连通地下停车场及设备用房的人防地下室，主楼地面以上首层为商铺，层高5. 5m，二层以上为层高3 m 的住宅。
要求控制用钢量地面以上不大于65 kg/ m2，经比较，7 棟高层住宅均采用钢筋混凝土剪力墙结构。地下车度双车环道不穿过主楼底部，地下主楼内部开间作为设备用房及停车位，所有剪力墙均直接落地。
1）结构体系及特点
由于本工程建筑高宽比大于高规要求的6 度区A 级高度剪力墙结构高宽比限值6，表明结构宽度方向刚度较薄弱，采用剪力墙结构体系很有必要。因此剪力墙的布置应注意增强结构宽度方向的抗侧刚度，整体计算应注意结构宽度方向的刚度、位移、稳定性等指标满足高规的要求。剪力墙基本按开间布置，电梯井中部隔墙采用砌块填充墙。底部剪力墙厚度300 mm，上部200 mm，建筑高度不大于80 m，抗震等级为四级。
2）优化设计措施
剪力墙的延性设计，主要为弱化剪力墙和连梁刚度。对于存在连梁的剪力墙结构工程中，所应用的大多数都是采用普通的受弯纵向钢筋和抗剪箍筋，这样就导致剪力墙的延性较差；而采用斜向交叉配筋的连梁延性较好，但是因为受到条件的限制而应用较少。控制剪力墙的墙肢长度，把长墙分割成开洞（结构洞或门窗洞）连肢墙，洞顶设置跨高比大于等于5 的弱连梁，结构洞及窗台用砌体砌筑，弱化后的剪力墙及连梁具有较轻的自重、更大的延性和抗震耗能能力，钢筋用量也较小。
从结构设计整体布局来看，在水平荷载作用下，剪力墙边缘构件的配筋往往是构造配筋。而边缘构件断面的确定与剪力墙的布置有很大的关系，因此，本工程首先调整剪力墙的布置，使之尽可能的合理对称，这样既增加了结构的安全性，又节省了造价。
本工程在设计过程中也对含钢量进行了控制。为了进一步控制用钢量，采取了梁纵筋及箍筋均采用3 级钢、减轻填充墙荷载，并对建筑中的次要部位（阳台栏杆和女儿墙等）采用砖砌块砌筑，减小这些构件钢筋用量等优化措施。通过以上几点措施，本工程很好地控制了用钢量，提高了经济效益。
对于本工程的适用性而言，建筑功能上以住宅为主，建筑平面较规则对称、地下车库的双车环道不穿过高层主楼底部，预期用钢量为65 kg/ m2左右的高层住宅楼盘，可参考选择本实例的剪力墙结构体系，并应对剪力墙进行合理布置及延性设计，可明显减少剪力墙的用钢量。
优化结构设计，能使结构受力均衡，相关措施应用得当，结构整体安全可靠度好，各结构构件都能同时发挥其最大作用，减少工程用钢量等，这样设计的结构才能达到既经济又合理的目的。
3 结论
优化结构设计不仅是减少含钢量，在整个结构优化设计中要注意以下3 点：
a. 在建筑的方案阶段结构就应该提早介入，这一步骤十分必要。因为很多建筑设计人员对结构的概念很模糊，有时设计出来的建筑，结构处理起来很麻烦，很容易引起工程造价的偏高；因此结构应在早期介入，配合建筑完成相关设计。
b. 设计过程应有一套严格的管理制度。设计过程中必须控制好的关键环节，严格按照设计流程做好精细化设计。
c. 如果条件允许，设计过程中适时、适当的引入外部资源。聘请专业化的设计顾问公司，程进行工程设计的管理和结构成本的控制，将会起到很好的效果。好的结构设计不仅能给甲方降低工程成本，更可以给甲方带来其他额外的价值。当建筑方案完成后，结构的选型和布置也存在优化与否的问题，建筑体型都有其最规则和最经济的结构方案，因此真正的优化应该是结构设计的全过程，需要各个专业配合，如剪力墙的设置位置，框架梁柱的结构布置、是否采用轻质建筑墙体材料和轻质隔断与水电专业配合适当减小板厚、与建筑专业配合减小墙、梁、柱截面等；应重视非结构构件的优化设计。
对建筑栏板、飘窗、女儿墙、构造柱、窗台、挑檐、结构洞、翻边、建筑装饰等细部的设计不必全部采用钢筋混凝土，可采用砌块砌筑，利用压顶梁、拉筋、及构造柱与主体结构的拉结，在保证非结构构件的稳定性、不影响主体结构安全性的前提下，进一步减少非结构构件的钢筋用量。在结构设计中优化的目的是降低整个工程的造价，但绝对不是降低结构的安全储备，而是保证结构符合现有的各种规范及相关措施的精神前提下，做到经济合理。
在工程的设计过程中，要发挥剪力墙结构体系的刚度大、抗震性能好等优点，在很多情况下，并不是钢筋配的越多越好，对于这一点，作为结构设计人员应该充分认识到。合格的结构设计人员应该对不同项目进行合理分析，选择最优模型，这样才能做到结构安全、技术合理、造价经济。
参考文献
[1] 李国胜. 多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社.
[2] 朱炳寅. 建筑结构设计问答及分析[M] . 北京：中国建筑工业出版社.
[3] 建筑抗震设计规范[S] . 北京：中国建筑工业出版社.
[4] 混凝土结构设计规范[S] . 北京：中国建筑工业出版社.
[5] 包世华. 新编高层建筑结构[M] . 北京：中国水利水电出版社.
关键词：剪力墙；特点；优化设计；用钢量
1 剪力墙结构体系特点
剪力墙是钢筋混凝土高层结构中不可缺少的构件。剪力墙是截面高度大而厚度相对很小的片状构件，其承受竖向荷载及水平荷载的能力较强，而且整体性好、侧向刚度大、平面内刚度大、水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置。虽然剪力墙的优点较多，但同时也存在剪切变形相对较大、平面外刚度较弱、不能为房屋提供较大开间等缺点。此外，剪力墙开洞后的形式变化较多，受力比较复杂，因而了解剪力墙的特性，发挥其所长，克服其所短，是正确设计剪力墙的关键。
为了承受各个方向的水平力，对于矩形平面，剪力墙在纵横双向均应设置；对于圆形平面，剪力墙应沿径向及环向设置；对于三角形平面，剪力墙宜沿三个主轴方向设置。
剪力墙结构刚度很大，但刚度大小问题历来争议较多，通过历次震害表明，刚度较大的结构一般震害较轻。然而结构刚度不能无限增大，因为一般情况下，建筑物刚度越大，工程造价越高，这里有个“度”的问题。对于高层建筑，控制这个度主要有两个因素，一个是控制结构的水平位移，应使结构水平位移满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）中有关结构水平位移的限值；另一个是控制地震力，因为在地震力计算值偏小的情况下，有时也会出现结构顶部位移满足要求、构件为构造配筋的安全假象。所以，只有剪力在合理范围内，计算并检查位移、内力及配筋情况才有意义。在结构设计中为了合理布置剪力墙，其底部剪力系数a= 底部剪力/ 结构自重。
在高层剪力墙结构设计中，既要发挥它具有足够的抗侧能力等优点，又要改进其工程费用较高的缺点，因此优化设计成了必不可少的手段。结合工程实践经验，本文对剪力墙结构优化设计方案进行了浅析。
2 设计实例
某楼盘为7 栋27 层高层住宅楼，建筑高度为71. 5 m，地下一层为连通地下停车场及设备用房的人防地下室，主楼地面以上首层为商铺，层高5. 5m，二层以上为层高3 m 的住宅。
要求控制用钢量地面以上不大于65 kg/ m2，经比较，7 棟高层住宅均采用钢筋混凝土剪力墙结构。地下车度双车环道不穿过主楼底部，地下主楼内部开间作为设备用房及停车位，所有剪力墙均直接落地。
1）结构体系及特点
由于本工程建筑高宽比大于高规要求的6 度区A 级高度剪力墙结构高宽比限值6，表明结构宽度方向刚度较薄弱，采用剪力墙结构体系很有必要。因此剪力墙的布置应注意增强结构宽度方向的抗侧刚度，整体计算应注意结构宽度方向的刚度、位移、稳定性等指标满足高规的要求。剪力墙基本按开间布置，电梯井中部隔墙采用砌块填充墙。底部剪力墙厚度300 mm，上部200 mm，建筑高度不大于80 m，抗震等级为四级。
2）优化设计措施
剪力墙的延性设计，主要为弱化剪力墙和连梁刚度。对于存在连梁的剪力墙结构工程中，所应用的大多数都是采用普通的受弯纵向钢筋和抗剪箍筋，这样就导致剪力墙的延性较差；而采用斜向交叉配筋的连梁延性较好，但是因为受到条件的限制而应用较少。控制剪力墙的墙肢长度，把长墙分割成开洞（结构洞或门窗洞）连肢墙，洞顶设置跨高比大于等于5 的弱连梁，结构洞及窗台用砌体砌筑，弱化后的剪力墙及连梁具有较轻的自重、更大的延性和抗震耗能能力，钢筋用量也较小。
从结构设计整体布局来看，在水平荷载作用下，剪力墙边缘构件的配筋往往是构造配筋。而边缘构件断面的确定与剪力墙的布置有很大的关系，因此，本工程首先调整剪力墙的布置，使之尽可能的合理对称，这样既增加了结构的安全性，又节省了造价。
本工程在设计过程中也对含钢量进行了控制。为了进一步控制用钢量，采取了梁纵筋及箍筋均采用3 级钢、减轻填充墙荷载，并对建筑中的次要部位（阳台栏杆和女儿墙等）采用砖砌块砌筑，减小这些构件钢筋用量等优化措施。通过以上几点措施，本工程很好地控制了用钢量，提高了经济效益。
对于本工程的适用性而言，建筑功能上以住宅为主，建筑平面较规则对称、地下车库的双车环道不穿过高层主楼底部，预期用钢量为65 kg/ m2左右的高层住宅楼盘，可参考选择本实例的剪力墙结构体系，并应对剪力墙进行合理布置及延性设计，可明显减少剪力墙的用钢量。
优化结构设计，能使结构受力均衡，相关措施应用得当，结构整体安全可靠度好，各结构构件都能同时发挥其最大作用，减少工程用钢量等，这样设计的结构才能达到既经济又合理的目的。
3 结论
优化结构设计不仅是减少含钢量，在整个结构优化设计中要注意以下3 点：
a. 在建筑的方案阶段结构就应该提早介入，这一步骤十分必要。因为很多建筑设计人员对结构的概念很模糊，有时设计出来的建筑，结构处理起来很麻烦，很容易引起工程造价的偏高；因此结构应在早期介入，配合建筑完成相关设计。
b. 设计过程应有一套严格的管理制度。设计过程中必须控制好的关键环节，严格按照设计流程做好精细化设计。
c. 如果条件允许，设计过程中适时、适当的引入外部资源。聘请专业化的设计顾问公司，程进行工程设计的管理和结构成本的控制，将会起到很好的效果。好的结构设计不仅能给甲方降低工程成本，更可以给甲方带来其他额外的价值。当建筑方案完成后，结构的选型和布置也存在优化与否的问题，建筑体型都有其最规则和最经济的结构方案，因此真正的优化应该是结构设计的全过程，需要各个专业配合，如剪力墙的设置位置，框架梁柱的结构布置、是否采用轻质建筑墙体材料和轻质隔断与水电专业配合适当减小板厚、与建筑专业配合减小墙、梁、柱截面等；应重视非结构构件的优化设计。
对建筑栏板、飘窗、女儿墙、构造柱、窗台、挑檐、结构洞、翻边、建筑装饰等细部的设计不必全部采用钢筋混凝土，可采用砌块砌筑，利用压顶梁、拉筋、及构造柱与主体结构的拉结，在保证非结构构件的稳定性、不影响主体结构安全性的前提下，进一步减少非结构构件的钢筋用量。在结构设计中优化的目的是降低整个工程的造价，但绝对不是降低结构的安全储备，而是保证结构符合现有的各种规范及相关措施的精神前提下，做到经济合理。
在工程的设计过程中，要发挥剪力墙结构体系的刚度大、抗震性能好等优点，在很多情况下，并不是钢筋配的越多越好，对于这一点，作为结构设计人员应该充分认识到。合格的结构设计人员应该对不同项目进行合理分析，选择最优模型，这样才能做到结构安全、技术合理、造价经济。
参考文献
[1] 李国胜. 多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社.
[2] 朱炳寅. 建筑结构设计问答及分析[M] . 北京：中国建筑工业出版社.
[3] 建筑抗震设计规范[S] . 北京：中国建筑工业出版社.
[4] 混凝土结构设计规范[S] . 北京：中国建筑工业出版社.
[5] 包世华. 新编高层建筑结构[M] . 北京：中国水利水电出版社.