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【摘 要】近年来，剪力墙结构在建筑工程中被广泛应用，其具有刚度大、整体性好的优点，它能够较好的抵抗水平力，不但可以节省很多材料和时间，而且还可以为工程项目减少经济支出，同时还具有较高的安全系数，本文笔者讨论了一些筑剪力墙结构设计优化的方法，为设计人员提供简单的参考。
【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计；优化
一、剪力墙的意义
剪力墙指的是用钢筋混凝土来做成的墙体，钢筋混凝土是主要的建筑材料之一，具有硬度高、强度高等优势，在剪力墙结构中，就是钢筋混凝土来承受水平和竖向重力，将其运用到剪力墙中也正突显了它的优势。剪力墙结构就是指用剪力墙墙体构成的承重体系，其中，剪力墙既包括竖向墙板和也包括水平方向的墙板，纵横交错的布置构成了完整的结构体系。当风作用到水平方向时，就会产生一定的晃动，这时就需要靠竖向的墙板去抗衡水平方向的作用力，从而减小建筑物的受力。这就好比用剪子在剪楼，随着剪楼的力度不断靠下，剪力就越大，形成了一种剪切行为，因此在上述中，用在抵抗外力的这种墙板被称作是剪力墙。对于剪力墙的命名也有所分歧，有些人也将剪力墙称为结构墙，因为它在承受压力时会发生一定的变形，在变形过程中，一侧受拉，而另一侧受压，主要是依靠其结构来承载受力的。
二、剪力墙结构设计的优化措施
（一）剪力墙结构的空间布置优化
剪力墙结构的空间布置是其结构优化设计的重要方面，其原因在于，倘若它的空间布置处在非常合理的位置的情况下，就可以在一定程度上简化其整体结构（如重量、体积等），且可以有效地减少其数量。在具体进行空间布置时，剪力墙尽可能布置在结构周边外围护墙位置，在结构中部宜减少剪力墙的布置量，且各墙肢布置时应使用整体式铸造结构，并使用强度大的混凝土结构，以尽量较少其外部构建，简化其整体结构，从而获得获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度。同时，在剪力墙连续转折及小墙垛布置时，宜使用转折处平滑过渡、小墙垛适当削平等施工设计方案，以减小其对外缘构件的影响。
（二）注重转换层结构设计
现在建筑物的功能要求多样化，一栋大楼很有可能要求它的上部（中部）和下部使用功能不同，这时需要进行多种转换，还要设置转换构件，以传递内力。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，这要求转换层刚度、质量适中，可通过水平层力作用来检查层间位移角的均匀性。选择转换层形式时，最好选用重量小刚度小的材料。在设计时，还要进行大量的计算，通过计算我们就会知道，哪一部分才是最薄弱的，然后再通过内力分配特点的具体研究，改善薄弱部位的设计性能，最后进行适当的调整，来改善薄弱部位性能。
（三）连梁结构的优化设计
连梁结构式剪力墙最为重要的组成结构之一，它的优化设计情况往往会在很大程度上影响到整体的结构优化效果。在工程上，连梁主要起到抗震的作用。在具体设计时，连梁往往以高跨比2.5作为“分水岭”，将连梁结构形态分为高跨比大于2.5和小于2.5这两种类型，且工程上在截面受剪承载力以及配筋这两个方面对这两种类型都有明确的要求，而在其优化设计时必须在满足要求的条件下进行。此外，在其塑性调幅方面，一般采用的优化方案是以下两种：（1）将连梁的刚度在内力计算之前进行折减。（2）将连梁的弯矩与剪力的组合值在内力计算之后再乘上一个折减系数。上述两种方法并没有明显的优劣之分，所要达到的优化结果都是经过调整后连梁的弯矩、剪力设计值不得小于使用阶段实际值，也不得低于设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，从而保证在连梁结构受到较大真震动时，出现较大的裂缝甚至断裂，从而影响建筑物的结构安全性。此外，对连梁进行铰接处理时，不应留下冷缝、裂口等问题。
（四）控制结构参数
在工程设计中主要涉及以下几个主要参数：位移比、侧向刚度比、周期比、刚重比、层间位移角。先说说位移比，它是指楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与本楼层平均值的比值，是一种扭转效应。按照规范，它应该是针对刚性楼板假定的，需要考虑偶然偏心影响的地震作用。再说说侧向刚度，它是为了控制结构的竖向规则性。主要对某楼层抗侧刚度与其上一层、相邻三层的关联叙述，还有对于结构楼层层间抗侧力结构的承载力的要求。关于周期比，它的作用主要是为控制结构扭转效应，减少扭转对结构产生的不利影响。其关键就是限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比。刚重比，这项数据是控制结构的稳定性，避免产生滑移和倾覆。最后说说层间位移角，它是指按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比。主要控制结构的侧向刚度，适宜的结构刚度不至于使地震力增大，也是考虑到经济性。
（五）剪力墙底部加强部位的设计优化方法
由于剪力墙是十分重要的承力结构，而单凭主墙体的强度一般很难满足实际施工需要，尤其在高大的建筑物中更是如此。为了解决这个问题，在工程上普遍采用对剪力墙底部设置加强墙的方法。而加强墙的增设会在一定程度上使得整个剪力墙结构复杂化，从而影响到建筑内其他结构部分的布置。因此需要对其进行优化设计。到目前为止，实际施工中所采用的的优化方案有：（1）一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者的较大值，并注意底墩的外飘宽度；（2）当剪力墙的底部包含有转换层或者类似结构时，所采取的方法与（1）中的时分相似，也就是其剪力墙底部加部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。除此之外，还有一种比较特殊的情况，也即嵌固部位不是独立的结构，而是使用其它结构来代替时，例如地下室顶板视作嵌固部位的情况，为了在发生地震时避免引起破坏的传递性，就需要在优化设计方案中将加强部位的范围应向下延
（六）结构构件计算与配筋
在整体计算完成后，主要是对结构构件的截面优化、内力和配筋计算。对于剪力墙墙身，其中存在竖向及水平向分布钢筋，需要通过计算来确定用量。还要验算正截面抗弯承载力及斜截面抗剪承载力，在设计时要考虑水平筋与竖向筋，竖向分布筋抵抗弯矩，而水平分布筋抵抗剪力。对于边缘构件，它能有效地提高墙体的延性和抗剪能力。边缘构件分为两类，即约束边缘构件和构造边缘构件，这是因为它的结构形式和受力状况比较复杂。对于连梁，它需要和墙体协同工作，增强剪力墙的刚度和强度，正常载荷作用下，连梁有联系墙肢、且增大剪力墙刚度的作用。连梁跨度较小，梁端容易出现裂缝，为此，可以进行刚度折减，但折减后仍然可能出现正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力不够的情况，可采取的办法就是减小连梁的高度或增加剪力墙的厚度及提高混凝土的等级。
三、总结
总之，随着建筑设计需求的提高，剪力墙结构体系也需要不断优化，要根据剪力墙结构的自身特点，在不同的建筑需求中选择不同的结构形式，选择合理的方案之后，还要进行墙肢厚度和长度的制定，根据构件含钢量的相关标准进行施工，从而在加强结构稳定性的前提下，降低工程造价。
参考文献：
[1]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材，2011（4）.
[2]陈娟，李谦.高层建筑结构的若干关键设计分析[J].科技致富向导，2011（20）.
[3]苗强.高层建筑剪力墙结构的特性分析[J].科技传播，2010（19）.
[4]吕瑞孝，姜剑虹.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].科技信息，2011（19）.
【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计；优化
一、剪力墙的意义
剪力墙指的是用钢筋混凝土来做成的墙体，钢筋混凝土是主要的建筑材料之一，具有硬度高、强度高等优势，在剪力墙结构中，就是钢筋混凝土来承受水平和竖向重力，将其运用到剪力墙中也正突显了它的优势。剪力墙结构就是指用剪力墙墙体构成的承重体系，其中，剪力墙既包括竖向墙板和也包括水平方向的墙板，纵横交错的布置构成了完整的结构体系。当风作用到水平方向时，就会产生一定的晃动，这时就需要靠竖向的墙板去抗衡水平方向的作用力，从而减小建筑物的受力。这就好比用剪子在剪楼，随着剪楼的力度不断靠下，剪力就越大，形成了一种剪切行为，因此在上述中，用在抵抗外力的这种墙板被称作是剪力墙。对于剪力墙的命名也有所分歧，有些人也将剪力墙称为结构墙，因为它在承受压力时会发生一定的变形，在变形过程中，一侧受拉，而另一侧受压，主要是依靠其结构来承载受力的。
二、剪力墙结构设计的优化措施
（一）剪力墙结构的空间布置优化
剪力墙结构的空间布置是其结构优化设计的重要方面，其原因在于，倘若它的空间布置处在非常合理的位置的情况下，就可以在一定程度上简化其整体结构（如重量、体积等），且可以有效地减少其数量。在具体进行空间布置时，剪力墙尽可能布置在结构周边外围护墙位置，在结构中部宜减少剪力墙的布置量，且各墙肢布置时应使用整体式铸造结构，并使用强度大的混凝土结构，以尽量较少其外部构建，简化其整体结构，从而获得获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度。同时，在剪力墙连续转折及小墙垛布置时，宜使用转折处平滑过渡、小墙垛适当削平等施工设计方案，以减小其对外缘构件的影响。
（二）注重转换层结构设计
现在建筑物的功能要求多样化，一栋大楼很有可能要求它的上部（中部）和下部使用功能不同，这时需要进行多种转换，还要设置转换构件，以传递内力。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，这要求转换层刚度、质量适中，可通过水平层力作用来检查层间位移角的均匀性。选择转换层形式时，最好选用重量小刚度小的材料。在设计时，还要进行大量的计算，通过计算我们就会知道，哪一部分才是最薄弱的，然后再通过内力分配特点的具体研究，改善薄弱部位的设计性能，最后进行适当的调整，来改善薄弱部位性能。
（三）连梁结构的优化设计
连梁结构式剪力墙最为重要的组成结构之一，它的优化设计情况往往会在很大程度上影响到整体的结构优化效果。在工程上，连梁主要起到抗震的作用。在具体设计时，连梁往往以高跨比2.5作为“分水岭”，将连梁结构形态分为高跨比大于2.5和小于2.5这两种类型，且工程上在截面受剪承载力以及配筋这两个方面对这两种类型都有明确的要求，而在其优化设计时必须在满足要求的条件下进行。此外，在其塑性调幅方面，一般采用的优化方案是以下两种：（1）将连梁的刚度在内力计算之前进行折减。（2）将连梁的弯矩与剪力的组合值在内力计算之后再乘上一个折减系数。上述两种方法并没有明显的优劣之分，所要达到的优化结果都是经过调整后连梁的弯矩、剪力设计值不得小于使用阶段实际值，也不得低于设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，从而保证在连梁结构受到较大真震动时，出现较大的裂缝甚至断裂，从而影响建筑物的结构安全性。此外，对连梁进行铰接处理时，不应留下冷缝、裂口等问题。
（四）控制结构参数
在工程设计中主要涉及以下几个主要参数：位移比、侧向刚度比、周期比、刚重比、层间位移角。先说说位移比，它是指楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与本楼层平均值的比值，是一种扭转效应。按照规范，它应该是针对刚性楼板假定的，需要考虑偶然偏心影响的地震作用。再说说侧向刚度，它是为了控制结构的竖向规则性。主要对某楼层抗侧刚度与其上一层、相邻三层的关联叙述，还有对于结构楼层层间抗侧力结构的承载力的要求。关于周期比，它的作用主要是为控制结构扭转效应，减少扭转对结构产生的不利影响。其关键就是限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比。刚重比，这项数据是控制结构的稳定性，避免产生滑移和倾覆。最后说说层间位移角，它是指按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比。主要控制结构的侧向刚度，适宜的结构刚度不至于使地震力增大，也是考虑到经济性。
（五）剪力墙底部加强部位的设计优化方法
由于剪力墙是十分重要的承力结构，而单凭主墙体的强度一般很难满足实际施工需要，尤其在高大的建筑物中更是如此。为了解决这个问题，在工程上普遍采用对剪力墙底部设置加强墙的方法。而加强墙的增设会在一定程度上使得整个剪力墙结构复杂化，从而影响到建筑内其他结构部分的布置。因此需要对其进行优化设计。到目前为止，实际施工中所采用的的优化方案有：（1）一般高层剪力墙结构，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者的较大值，并注意底墩的外飘宽度；（2）当剪力墙的底部包含有转换层或者类似结构时，所采取的方法与（1）中的时分相似，也就是其剪力墙底部加部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。除此之外，还有一种比较特殊的情况，也即嵌固部位不是独立的结构，而是使用其它结构来代替时，例如地下室顶板视作嵌固部位的情况，为了在发生地震时避免引起破坏的传递性，就需要在优化设计方案中将加强部位的范围应向下延
（六）结构构件计算与配筋
在整体计算完成后，主要是对结构构件的截面优化、内力和配筋计算。对于剪力墙墙身，其中存在竖向及水平向分布钢筋，需要通过计算来确定用量。还要验算正截面抗弯承载力及斜截面抗剪承载力，在设计时要考虑水平筋与竖向筋，竖向分布筋抵抗弯矩，而水平分布筋抵抗剪力。对于边缘构件，它能有效地提高墙体的延性和抗剪能力。边缘构件分为两类，即约束边缘构件和构造边缘构件，这是因为它的结构形式和受力状况比较复杂。对于连梁，它需要和墙体协同工作，增强剪力墙的刚度和强度，正常载荷作用下，连梁有联系墙肢、且增大剪力墙刚度的作用。连梁跨度较小，梁端容易出现裂缝，为此，可以进行刚度折减，但折减后仍然可能出现正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力不够的情况，可采取的办法就是减小连梁的高度或增加剪力墙的厚度及提高混凝土的等级。
三、总结
总之，随着建筑设计需求的提高，剪力墙结构体系也需要不断优化，要根据剪力墙结构的自身特点，在不同的建筑需求中选择不同的结构形式，选择合理的方案之后，还要进行墙肢厚度和长度的制定，根据构件含钢量的相关标准进行施工，从而在加强结构稳定性的前提下，降低工程造价。
参考文献：
[1]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材，2011（4）.
[2]陈娟，李谦.高层建筑结构的若干关键设计分析[J].科技致富向导，2011（20）.
[3]苗强.高层建筑剪力墙结构的特性分析[J].科技传播，2010（19）.
[4]吕瑞孝，姜剑虹.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].科技信息，2011（19）.