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【摘要】在设计高层建筑结构当中的剪力墙结构的使用，需要将结构的抗侧刚度较大以及外观简洁、美观等方面的优点充分的发挥出来，又能够做到降低工程造价，这才是目前高层建筑设计人员应该重视的前提。本文结合实例分析了高层建筑剪力墙结构优化设计的有关内容。
关键词 ： 高层建筑结构剪力墙优化设计
中图分类号：F239 文献标识码： A 文章编号：
在城市建设的发展过程中,高层建筑被广泛的应用。在高层建筑结构设计过程中,建筑工程设计人员通过社会实践不断的积累丰富的高层建筑结构设计经验。并且随着网络信息技术的应用,为设计人员进行高层建筑结构设计提供了方便,提高了高层建筑结构设计的准确性。
一、剪力墙的涵义
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力， 平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求
二、剪力墙结构方案的选择
只有当剪力墙结构施工的安全得到了保障之后，才能够在诸多的方案当中进行对比选择，并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下，选取适合此高层建筑的结构形式。
针对层数较少的高层建筑，如: 层数在18 层以下的高层住宅推荐采用传统的现浇剪力墙结构，因为在针对每一个墙肢进行实际压轴的计算时所取得的值会出现偏小的情况，而且墙体一般都是构造配筋，必然会使墙体的承载力不能充分的发挥出来。推荐采用短肢剪力墙结构，能有效将这些问题进行根本的解决。在7度区，层数在18 层以下的住宅建筑使用短肢剪力墙结构，能有效地将水平地震剪力、结构顶点位移、周期控制在合理的范围之中。如果高层建筑物的层数大于18，最好还是选取普通剪力墙结构。如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中，会导致其刚度不达标，从而导致结构的安全性能也受到其影响。
三、在高层建筑中剪力墙结构设计优化的具体措施
在高层建筑工程施工过程中采用高层剪力墙结构, 主要是因为高层剪力墙结构刚度大, 整体性较好, 用钢量较为节省。因此,对高层剪力墙结构的优化的必要的, 能够有效的提高高层剪力墙的安全性和可靠性。
1、 剪力墙结构构件的经济含钢量
随着我国建筑科学的迅速发展，建筑高度越来越高，剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越广泛。要实现高层建筑结构设计的经济性，就必须对其剪力墙结构中的含钢量进行适当的控制。因此，在高层剪力墙结构设计时应该根据实际情况，依据设计规范要求对高层剪力墙结构进行计算分析，优化结构设计，在确保结构安全的前提下将含钢量控制到最为经济。经过多年的设计及施工经验积累，对高层建筑剪力墙的合适含钢量已经有了一些标准，该合适含钢量指标对剪力墙结构设计的经济性有一定的指导意义。（见表1）
表1 合适含钢量统计表
2、剪力墙结构的适宜方案
由于高层建筑剪力墙结构的选择有多种方案,为了保证高层建筑结构的安全性,有效的降低工程造价,应该选择合适的剪力墙结构方案。在设计高层建筑剪力墙结构和初步设计阶段,对高层建筑结构体系和相关构件的截面以及所应用的施工材料要进行准确的选择,保证高层建筑结构体系要与其构建相对应,保证施工材料的质量。选择出合适的高层建筑结构体系能够在设计方案阶段有效的控制工程的整体成本。在高层建筑结构体系选择,对于层数相对较少的高层建筑应该选择短肢剪力墙结构体系。可以合理的解决墙肢轴压比,墙体配筋和墙体承载能力,有效的降低工程成本。并且,应用短肢剪力墙结构体系可以将结构顶点位移、周期、水平地震剪力合理的控制在一定的范围内。对楼层数量较多的高层建筑应该应用传统的现浇剪力墙结构体系,就可以较好的解决结构较柔, 结构顶点位移和层间位移不一定满足规范要求,底部剪力系数偏低,结构不安全等问题。但是,在有一些较为特殊的情况下应用传统的高层建筑现浇剪力墙结构体系,如果出现结构刚度计算值偏大的问题,可以将较大的墙肢合理的开设结构洞或者将窗台改为其他砌体进行合理的调整,能够有效的保证高层建筑结构的稳定性、安全性和可靠性。
四、实例分析
1、工程概况
某工程为地下2 层，地上46 层，建筑的总高度为144.2m。建筑结构使用年限为50 年，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，地震分组为第三组，抗震设防类别为丙类,场地类别为II类；剪力墙的抗震等级为一级，结构安全等级为二级，基本风压为0.35Kn/㎡，地面粗糙度类别为B 类。外围剪力墙厚度: 层20 以下为400mm，层20～34 为300mm，层34 以上为250mm；内墙厚度: 层20 以下为350，300mm；层20～34 为250，200mm, 层34 以上为200mm。柱、墙混凝土强度等级: 层8 以下为C60, 层8～22为C50，层22～33 为C40，层33 以上为C30；梁、板混凝土强度等级均为C30。柱、墙主筋采用HRB335 级钢筋，梁、板采用HRB400 级钢筋，分布筋及箍筋采用HPB235，HRB335 级钢筋。使用荷载按规范取值，隔墙采用加气混凝土砌块(局部为页岩空心砖)；本工程为B 级高度建筑，属超限高层，施工图前对该项目进行了超限高层的专项审查，各项计算指标均能满足现行规范要求。针对超限情况，对底部加强区部分剪力墙及重要框架梁柱采用了中震不屈服设计。
2、 经济指标
本工程基本遵循以上原则进行结构设计，混凝土用量为0.36m3/m2，钢筋用量见表1，从中可以看出，对于一个高度达144.2m 的B 级高度建筑且等效高宽比达9 的剪力墙结构来讲，其混凝土用量及用钢量指标还是较为经济的，并得到了业主的肯定。
3、经济分析
对本工程而言，各类结构构件钢筋用量占总用钢量的比例如下，加强区: 暗柱48.5%，墙身18.2%，墙总体66.7%，梁21.8%，板11.5%；非加强区: 暗柱32.7%，墙身20.5%，墙总体53.2%，梁30.6%，板16.2%。
从以上用钢量构成不难看出，在高层剪力墙结构建筑中，剪力墙钢筋用量占总用钢量的份额较大，其中又以暗柱钢筋表现突出，因此在设计中，设计人员应特别注意剪力墙的布置，减少不必要的暗柱设置，并且在构件(尤其是剪力墙)配筋设计中不要随意增加配筋量，因为其对用钢量极其敏感。
剪力墙结构的优化设计在高层建筑中起着非常重要的作用，我们在施工设计中应根据具体的要求，选择最合适的优化，这样才能有效地保证我们工作的开展。不过高层建筑中剪力墙结构的要求相比传统建筑要高的多，加之新的规范与标准，这些都会给我们的设计工作提出新的問题与挑战。所以，我们在剪力墙结构的优化设计中要多思考、多总结，不断学习先进的经验来充实自身，通过这些手段，我相信在不远的将来我们的设计水平必将上升到一个新的档次。
参考文献
[1] 原尊.建筑结构优化设计技术分析[J]. 中国房地产业. 2011(03)
[2] 刘剑.高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J]. 技术与市场. 2011(05)
[3] 胡景云.论剪力墙结构优化设计[J]. 建材世界. 2011(02)
[4]张昆鹏，郭浩勋，等.高层建筑悬臂剪力墙的承载力和延性设计分析[J].黄河水利职业技术学院学报，2010.
[5]蔡俊坡，邹仁华，马力，等.基于抗震性能的框架—剪力墙结构优化设计[J].山西建筑，2010.
[6]李宁，汪杰，吴敦军，等.高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计[J].江苏建筑，2010.
关键词 ： 高层建筑结构剪力墙优化设计
中图分类号：F239 文献标识码： A 文章编号：
在城市建设的发展过程中,高层建筑被广泛的应用。在高层建筑结构设计过程中,建筑工程设计人员通过社会实践不断的积累丰富的高层建筑结构设计经验。并且随着网络信息技术的应用,为设计人员进行高层建筑结构设计提供了方便,提高了高层建筑结构设计的准确性。
一、剪力墙的涵义
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力， 平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求
二、剪力墙结构方案的选择
只有当剪力墙结构施工的安全得到了保障之后，才能够在诸多的方案当中进行对比选择，并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下，选取适合此高层建筑的结构形式。
针对层数较少的高层建筑，如: 层数在18 层以下的高层住宅推荐采用传统的现浇剪力墙结构，因为在针对每一个墙肢进行实际压轴的计算时所取得的值会出现偏小的情况，而且墙体一般都是构造配筋，必然会使墙体的承载力不能充分的发挥出来。推荐采用短肢剪力墙结构，能有效将这些问题进行根本的解决。在7度区，层数在18 层以下的住宅建筑使用短肢剪力墙结构，能有效地将水平地震剪力、结构顶点位移、周期控制在合理的范围之中。如果高层建筑物的层数大于18，最好还是选取普通剪力墙结构。如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中，会导致其刚度不达标，从而导致结构的安全性能也受到其影响。
三、在高层建筑中剪力墙结构设计优化的具体措施
在高层建筑工程施工过程中采用高层剪力墙结构, 主要是因为高层剪力墙结构刚度大, 整体性较好, 用钢量较为节省。因此,对高层剪力墙结构的优化的必要的, 能够有效的提高高层剪力墙的安全性和可靠性。
1、 剪力墙结构构件的经济含钢量
随着我国建筑科学的迅速发展，建筑高度越来越高，剪力墙结构在高层建筑中的应用也越来越广泛。要实现高层建筑结构设计的经济性，就必须对其剪力墙结构中的含钢量进行适当的控制。因此，在高层剪力墙结构设计时应该根据实际情况，依据设计规范要求对高层剪力墙结构进行计算分析，优化结构设计，在确保结构安全的前提下将含钢量控制到最为经济。经过多年的设计及施工经验积累，对高层建筑剪力墙的合适含钢量已经有了一些标准，该合适含钢量指标对剪力墙结构设计的经济性有一定的指导意义。（见表1）
表1 合适含钢量统计表
2、剪力墙结构的适宜方案
由于高层建筑剪力墙结构的选择有多种方案,为了保证高层建筑结构的安全性,有效的降低工程造价,应该选择合适的剪力墙结构方案。在设计高层建筑剪力墙结构和初步设计阶段,对高层建筑结构体系和相关构件的截面以及所应用的施工材料要进行准确的选择,保证高层建筑结构体系要与其构建相对应,保证施工材料的质量。选择出合适的高层建筑结构体系能够在设计方案阶段有效的控制工程的整体成本。在高层建筑结构体系选择,对于层数相对较少的高层建筑应该选择短肢剪力墙结构体系。可以合理的解决墙肢轴压比,墙体配筋和墙体承载能力,有效的降低工程成本。并且,应用短肢剪力墙结构体系可以将结构顶点位移、周期、水平地震剪力合理的控制在一定的范围内。对楼层数量较多的高层建筑应该应用传统的现浇剪力墙结构体系,就可以较好的解决结构较柔, 结构顶点位移和层间位移不一定满足规范要求,底部剪力系数偏低,结构不安全等问题。但是,在有一些较为特殊的情况下应用传统的高层建筑现浇剪力墙结构体系,如果出现结构刚度计算值偏大的问题,可以将较大的墙肢合理的开设结构洞或者将窗台改为其他砌体进行合理的调整,能够有效的保证高层建筑结构的稳定性、安全性和可靠性。
四、实例分析
1、工程概况
某工程为地下2 层，地上46 层，建筑的总高度为144.2m。建筑结构使用年限为50 年，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，地震分组为第三组，抗震设防类别为丙类,场地类别为II类；剪力墙的抗震等级为一级，结构安全等级为二级，基本风压为0.35Kn/㎡，地面粗糙度类别为B 类。外围剪力墙厚度: 层20 以下为400mm，层20～34 为300mm，层34 以上为250mm；内墙厚度: 层20 以下为350，300mm；层20～34 为250，200mm, 层34 以上为200mm。柱、墙混凝土强度等级: 层8 以下为C60, 层8～22为C50，层22～33 为C40，层33 以上为C30；梁、板混凝土强度等级均为C30。柱、墙主筋采用HRB335 级钢筋，梁、板采用HRB400 级钢筋，分布筋及箍筋采用HPB235，HRB335 级钢筋。使用荷载按规范取值，隔墙采用加气混凝土砌块(局部为页岩空心砖)；本工程为B 级高度建筑，属超限高层，施工图前对该项目进行了超限高层的专项审查，各项计算指标均能满足现行规范要求。针对超限情况，对底部加强区部分剪力墙及重要框架梁柱采用了中震不屈服设计。
2、 经济指标
本工程基本遵循以上原则进行结构设计，混凝土用量为0.36m3/m2，钢筋用量见表1，从中可以看出，对于一个高度达144.2m 的B 级高度建筑且等效高宽比达9 的剪力墙结构来讲，其混凝土用量及用钢量指标还是较为经济的，并得到了业主的肯定。
3、经济分析
对本工程而言，各类结构构件钢筋用量占总用钢量的比例如下，加强区: 暗柱48.5%，墙身18.2%，墙总体66.7%，梁21.8%，板11.5%；非加强区: 暗柱32.7%，墙身20.5%，墙总体53.2%，梁30.6%，板16.2%。
从以上用钢量构成不难看出，在高层剪力墙结构建筑中，剪力墙钢筋用量占总用钢量的份额较大，其中又以暗柱钢筋表现突出，因此在设计中，设计人员应特别注意剪力墙的布置，减少不必要的暗柱设置，并且在构件(尤其是剪力墙)配筋设计中不要随意增加配筋量，因为其对用钢量极其敏感。
剪力墙结构的优化设计在高层建筑中起着非常重要的作用，我们在施工设计中应根据具体的要求，选择最合适的优化，这样才能有效地保证我们工作的开展。不过高层建筑中剪力墙结构的要求相比传统建筑要高的多，加之新的规范与标准，这些都会给我们的设计工作提出新的問题与挑战。所以，我们在剪力墙结构的优化设计中要多思考、多总结，不断学习先进的经验来充实自身，通过这些手段，我相信在不远的将来我们的设计水平必将上升到一个新的档次。
参考文献
[1] 原尊.建筑结构优化设计技术分析[J]. 中国房地产业. 2011(03)
[2] 刘剑.高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J]. 技术与市场. 2011(05)
[3] 胡景云.论剪力墙结构优化设计[J]. 建材世界. 2011(02)
[4]张昆鹏，郭浩勋，等.高层建筑悬臂剪力墙的承载力和延性设计分析[J].黄河水利职业技术学院学报，2010.
[5]蔡俊坡，邹仁华，马力，等.基于抗震性能的框架—剪力墙结构优化设计[J].山西建筑，2010.
[6]李宁，汪杰，吴敦军，等.高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计[J].江苏建筑，2010.