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【摘要】在市场经济高度发达的今天，如何优化结构设计，在保证质量的前提下降低建设成本，是建设单位关注的核心问题，也是设计单位提升自身设计水平中必须面对的问题。本文对高层建筑剪力墙结构优化设计进行了探讨。
【关键词】高层建筑；剪力墙结构；优化设计；措施
在高层建筑中，剪力墙结构的应用已体现出很大的优势，在满足建筑最基本的使用功能的前提下，还能够实现人们日益增长的个性化需求、工程经济性需求和耐久性的需求。
一、剪力墙结构设计的基本原则
1、 调整楼层最小剪力系数方面的原则
在剪力墙的设计中对于其构件尽可能的减少布置，其中最佳的设计方案就是进行大开间剪力墙结构的布置，使得侧向刚度结构能够达到最好的状态。同时，楼层间的剪力系数也要确保较小，但是不能超过相关规范规定的范围。在规定的水平地震作用下，将短肢剪力墙承受的底部倾覆力矩和结构底部总倾覆力矩的比值控制在30%以内，这样不但能够将结构自身的重量减小，并且还能减少地震所带来的损害，可节约成本。
2、 调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则
在对规范规定的最大楼层间的位移进行计算时，假如建筑所处地区出现地震的情况比较多，对楼层的标准值在进行计算时可以将结构的整体弯曲变形进行保留，在以弯曲变形为主的建筑中需要计入扭转变形。在高层建筑设计中重点需要考虑的就是楼层间的剪切变形以及扭转变形。结构的剪切变形主要是通过竖向构件的数量进行确定的，在实际的工程中，有很多构件还是很难满足的，同时还需要加强对构件的合理布局，如果布局不合理，就会导致产生扭转变形，那么楼层间的位移就很难达到要求。
3、调整剪力墙结构连梁超筋方面的原则
剪力墙结构的连梁跨高比如果太小就会出现弯矩和剪力过大的情况，这样就超过了相关规范限度，跨高比一般不小于2.5，当结构布置受限时，可考虑设置双连梁。按照相关规定的要求，在跨高比小于5 时，连续梁是不能进行折减的，对跨高比的合理选择能够有效的避免剪力和弯矩过量。在结构布置中有效控制连梁跨高比，就能够在一定程度上降低工程成本。
二、高层建筑剪力墙结构优化设计的措施
1、剪力墙连梁的设计
当剪力墙承受水平荷载时，墙肢就有可能产生扭曲变形，连梁对于墙肢的水平力能够平衡，在一定意义上能够改善墙肢的受力状态，对墙肢能起到约束的作用。因此，在连梁设计时，需要对连梁刚度以及高度进行适当的折减，有效增加跨度以此降低结构的刚度，有效缓解地震对剪力墙的影响。除此之外，为了能够有效提高结构的抗震性能以及承载力，也可以适当的增加剪力墙的厚度，增加连梁截面，使连梁的作用得到最大限度发挥。
2、 剪力墙结构的布置
一般而言，钢筋混凝土剪力墙结构的载荷通常来自于风载荷、竖向载荷以及水平地震力等。剪力墙结构的布置，首先要考虑建筑功能需求，合理确定结构轴线，在此基础上使剪力墙均匀的布置在建筑物的平面和竖向位置，理论上满足平面方向抗侧刚度接近、竖向则刚度连续。
2.1剪力墙结构的竖向布置
首先要考虑竖向构件的布置，同时要保证结构的对称性要求，为避免较为严重的扭转效应出现，应着重做好以下方面：
（1） 保证剪力墙结构体系整体刚度。若是无控制性的增加剪力墙结构刚度，虽然能够缩短工期，但会使地震力增大，其后果势必会造成连梁超筋、墙肢部位抗剪性能下降，增加成本。
（2） 结构中要避免独立小墙肢的出现。因为独立墙肢会增加施工难度，结构设计中可采用合理布置剪力墙以及合并洞口的方式。尽管短肢剪力墙结构能够降低结构的自重，极大提高结构布置的灵活性，但对于结构的抗震性能还是有影响的，不利于保障建筑结构的稳定和安全，对于短肢剪力墙结构要做好合理选择。同时，规范对于短肢剪力墙在抗震等级、最小配筋率等方面较常规剪力墙有更严格的规定，在一定意义上无形中增加了结构成本。
（3） 剪力墙结构的布置应尽量选用带翼缘的T 形和L 形墙肢，并控制好墙肢的轴压比，增加纵向钢筋和箍筋的配筋率，从而增强墙肢抗震能力。一字形墙与梁垂直相交时，常常因为梁支座负弯矩筋锚固长度的问题，造成暗柱数量增加及梁配筋过密等问题，增加结构成本，并且施工困难。
（4） 剪力墙结构的布置要避免楼面主梁直接搭在剪力墙上，如果必须要布置的话，要在剪力墙的合理位置放置暗梁。此外，连梁作为一种耗能构件，可能在地震情况下破坏，在布置楼面梁时，应避免将楼面梁支承在连梁上。
2.2剪力墙结构的平面布置
剪力墙结构的平面布置方式应该简单易行，双向布置，长度应合理，如果剪力墙较长，应采用设置连梁的方式将其划分为均匀的墙段，墙段长度应小于8 m，每个墙段的高度与长度比以大于3 为宜。剪力墙不应布置的过密，以降低结构的自重。如果墙段长度超过了8 m，应采取以下的处理方法：
（1） 为了保障墙体的延性，可在墙上设置结构洞。
（2） 为了避免在地震作用下超长墙体首先发生破坏，周边其他的墙体的承载力要足够大，在计算周边其他墙体和暗柱配筋时把超长墙作断开处理。竖向的剪力墙布置，应遵循从下到上连续布置的方式，使门窗、洞口对齐成列，避免存在洞口宽度悬殊以及叠合错洞现象。如果不能避免错洞，则要利用有限元法进行严谨的计算，并于洞口四周采取有效的加强措施。
3、底部加强部位设计
在剪力墙结构设计过程中，对于普通的高层剪力墙结构，在进行结构设计时，可将底部两层高度与嵌固部位以上墙肢总高度的1 /10这两个数值中的较大值作为底部加强部位应有的高度。如果高层建筑结构的底部附带有转换层，应从地下室顶板算起，根据墙肢总高度的1 /10 与框支层加上框支层以上2 层的高度这两个数值中，选择较大值作为剪力墙底部加强部位应有的高度。
4、 重视转换层结构设计
当前，高层建筑结构越来越多样化和复杂化，对于有些高层建筑楼层的上部和下部分别具有不同的使用功能时，就应该通过添加相应的转换构件的方式，改变结构布置，使得上下结构之间形成良好的衔接，设置有转换构件的楼层即是转换层。在进行结构设计时，应尽量采取截面较小和刚度较小的转换结构形式，对于结构内部存在的薄弱部位和环节要认真分析研究，根据具体的结构内力分配特点来调整构件配件和内力设计，从而提高薄弱部位的整体性能。
5、 其他应注意的问题
对于开间比较大的客厅现浇板，板厚在满足结构要求外，也要将舒适度考虑进去，楼盖竖向自振频率要控制好，满足规范要求。卧室、客厅中梁的布置要结合建筑的使用功能，保持建筑的整体美观，同时避免压头梁，避免梁位于门洞上。
在设计中，要严格控制梁板的混凝土强度等级，以满足规范要求为宜，因混凝土强度等级对最小配筋率有影响，对于高层结构中量大面广的梁板来说，微小的调整将对整体造价产生明显的影响，建议采用竖向分段的方法进行设计，以控制用钢量，满足市场需求。
总之，合理的应用剪力墙结构，将有效的提高高层建筑物的抗侧刚度，同时有效的强化高层建筑物的整体质量及抗震性能，采用合理的设计方法降低结构成本，有利于推动建筑行业的蓬勃发展。
参考文献
[1] 张旭. 框架-剪力墙结构中剪力墙的设计[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊）. 2012（05）
[2] 谢向鹏，李献军，高菊芳.试析高层建筑剪力墙结构优化设计.中国建筑金属结构，2013年24期
[3] 师希望，林顺青. 某高层框架—剪力墙结构设计要点的探讨[J]. 科学之友，2011（ 9） ： 6-8.
[4] 郭兆伟. 高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J]. 建材技术与应用，2011（ 1） ： 7-10.
【关键词】高层建筑；剪力墙结构；优化设计；措施
在高层建筑中，剪力墙结构的应用已体现出很大的优势，在满足建筑最基本的使用功能的前提下，还能够实现人们日益增长的个性化需求、工程经济性需求和耐久性的需求。
一、剪力墙结构设计的基本原则
1、 调整楼层最小剪力系数方面的原则
在剪力墙的设计中对于其构件尽可能的减少布置，其中最佳的设计方案就是进行大开间剪力墙结构的布置，使得侧向刚度结构能够达到最好的状态。同时，楼层间的剪力系数也要确保较小，但是不能超过相关规范规定的范围。在规定的水平地震作用下，将短肢剪力墙承受的底部倾覆力矩和结构底部总倾覆力矩的比值控制在30%以内，这样不但能够将结构自身的重量减小，并且还能减少地震所带来的损害，可节约成本。
2、 调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则
在对规范规定的最大楼层间的位移进行计算时，假如建筑所处地区出现地震的情况比较多，对楼层的标准值在进行计算时可以将结构的整体弯曲变形进行保留，在以弯曲变形为主的建筑中需要计入扭转变形。在高层建筑设计中重点需要考虑的就是楼层间的剪切变形以及扭转变形。结构的剪切变形主要是通过竖向构件的数量进行确定的，在实际的工程中，有很多构件还是很难满足的，同时还需要加强对构件的合理布局，如果布局不合理，就会导致产生扭转变形，那么楼层间的位移就很难达到要求。
3、调整剪力墙结构连梁超筋方面的原则
剪力墙结构的连梁跨高比如果太小就会出现弯矩和剪力过大的情况，这样就超过了相关规范限度，跨高比一般不小于2.5，当结构布置受限时，可考虑设置双连梁。按照相关规定的要求，在跨高比小于5 时，连续梁是不能进行折减的，对跨高比的合理选择能够有效的避免剪力和弯矩过量。在结构布置中有效控制连梁跨高比，就能够在一定程度上降低工程成本。
二、高层建筑剪力墙结构优化设计的措施
1、剪力墙连梁的设计
当剪力墙承受水平荷载时，墙肢就有可能产生扭曲变形，连梁对于墙肢的水平力能够平衡，在一定意义上能够改善墙肢的受力状态，对墙肢能起到约束的作用。因此，在连梁设计时，需要对连梁刚度以及高度进行适当的折减，有效增加跨度以此降低结构的刚度，有效缓解地震对剪力墙的影响。除此之外，为了能够有效提高结构的抗震性能以及承载力，也可以适当的增加剪力墙的厚度，增加连梁截面，使连梁的作用得到最大限度发挥。
2、 剪力墙结构的布置
一般而言，钢筋混凝土剪力墙结构的载荷通常来自于风载荷、竖向载荷以及水平地震力等。剪力墙结构的布置，首先要考虑建筑功能需求，合理确定结构轴线，在此基础上使剪力墙均匀的布置在建筑物的平面和竖向位置，理论上满足平面方向抗侧刚度接近、竖向则刚度连续。
2.1剪力墙结构的竖向布置
首先要考虑竖向构件的布置，同时要保证结构的对称性要求，为避免较为严重的扭转效应出现，应着重做好以下方面：
（1） 保证剪力墙结构体系整体刚度。若是无控制性的增加剪力墙结构刚度，虽然能够缩短工期，但会使地震力增大，其后果势必会造成连梁超筋、墙肢部位抗剪性能下降，增加成本。
（2） 结构中要避免独立小墙肢的出现。因为独立墙肢会增加施工难度，结构设计中可采用合理布置剪力墙以及合并洞口的方式。尽管短肢剪力墙结构能够降低结构的自重，极大提高结构布置的灵活性，但对于结构的抗震性能还是有影响的，不利于保障建筑结构的稳定和安全，对于短肢剪力墙结构要做好合理选择。同时，规范对于短肢剪力墙在抗震等级、最小配筋率等方面较常规剪力墙有更严格的规定，在一定意义上无形中增加了结构成本。
（3） 剪力墙结构的布置应尽量选用带翼缘的T 形和L 形墙肢，并控制好墙肢的轴压比，增加纵向钢筋和箍筋的配筋率，从而增强墙肢抗震能力。一字形墙与梁垂直相交时，常常因为梁支座负弯矩筋锚固长度的问题，造成暗柱数量增加及梁配筋过密等问题，增加结构成本，并且施工困难。
（4） 剪力墙结构的布置要避免楼面主梁直接搭在剪力墙上，如果必须要布置的话，要在剪力墙的合理位置放置暗梁。此外，连梁作为一种耗能构件，可能在地震情况下破坏，在布置楼面梁时，应避免将楼面梁支承在连梁上。
2.2剪力墙结构的平面布置
剪力墙结构的平面布置方式应该简单易行，双向布置，长度应合理，如果剪力墙较长，应采用设置连梁的方式将其划分为均匀的墙段，墙段长度应小于8 m，每个墙段的高度与长度比以大于3 为宜。剪力墙不应布置的过密，以降低结构的自重。如果墙段长度超过了8 m，应采取以下的处理方法：
（1） 为了保障墙体的延性，可在墙上设置结构洞。
（2） 为了避免在地震作用下超长墙体首先发生破坏，周边其他的墙体的承载力要足够大，在计算周边其他墙体和暗柱配筋时把超长墙作断开处理。竖向的剪力墙布置，应遵循从下到上连续布置的方式，使门窗、洞口对齐成列，避免存在洞口宽度悬殊以及叠合错洞现象。如果不能避免错洞，则要利用有限元法进行严谨的计算，并于洞口四周采取有效的加强措施。
3、底部加强部位设计
在剪力墙结构设计过程中，对于普通的高层剪力墙结构，在进行结构设计时，可将底部两层高度与嵌固部位以上墙肢总高度的1 /10这两个数值中的较大值作为底部加强部位应有的高度。如果高层建筑结构的底部附带有转换层，应从地下室顶板算起，根据墙肢总高度的1 /10 与框支层加上框支层以上2 层的高度这两个数值中，选择较大值作为剪力墙底部加强部位应有的高度。
4、 重视转换层结构设计
当前，高层建筑结构越来越多样化和复杂化，对于有些高层建筑楼层的上部和下部分别具有不同的使用功能时，就应该通过添加相应的转换构件的方式，改变结构布置，使得上下结构之间形成良好的衔接，设置有转换构件的楼层即是转换层。在进行结构设计时，应尽量采取截面较小和刚度较小的转换结构形式，对于结构内部存在的薄弱部位和环节要认真分析研究，根据具体的结构内力分配特点来调整构件配件和内力设计，从而提高薄弱部位的整体性能。
5、 其他应注意的问题
对于开间比较大的客厅现浇板，板厚在满足结构要求外，也要将舒适度考虑进去，楼盖竖向自振频率要控制好，满足规范要求。卧室、客厅中梁的布置要结合建筑的使用功能，保持建筑的整体美观，同时避免压头梁，避免梁位于门洞上。
在设计中，要严格控制梁板的混凝土强度等级，以满足规范要求为宜，因混凝土强度等级对最小配筋率有影响，对于高层结构中量大面广的梁板来说，微小的调整将对整体造价产生明显的影响，建议采用竖向分段的方法进行设计，以控制用钢量，满足市场需求。
总之，合理的应用剪力墙结构，将有效的提高高层建筑物的抗侧刚度，同时有效的强化高层建筑物的整体质量及抗震性能，采用合理的设计方法降低结构成本，有利于推动建筑行业的蓬勃发展。
参考文献
[1] 张旭. 框架-剪力墙结构中剪力墙的设计[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊）. 2012（05）
[2] 谢向鹏，李献军，高菊芳.试析高层建筑剪力墙结构优化设计.中国建筑金属结构，2013年24期
[3] 师希望，林顺青. 某高层框架—剪力墙结构设计要点的探讨[J]. 科学之友，2011（ 9） ： 6-8.
[4] 郭兆伟. 高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[J]. 建材技术与应用，2011（ 1） ： 7-10.