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【摘 要】 随着社会进步，剪力墙结构作为高层住宅常用的一种结构形式，广泛应用于目前高层住宅建筑。本文从剪力墙的基本概念及特点出发，对高层建筑剪力墙结构中的设计要点做出了分析总结，并简要阐述了优化设计的要点。
【关键词】 高层建筑;剪力墙;结构设计
一、前言
合理的建筑结构有助于提高建筑质量，为社会带来经济效益。在设计过程中设计施工人员应该按照设计规则进行设计。对于剪力墙结构来说，准确掌握剪力墙设计的重点、要点才能最大限度的发挥作用，保证房屋质量。
二、剪力墙基本概述
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，承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，這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。
现浇钢筋混凝土剪力墙结构，除了承受楼板传来的竖向荷载外，还承受风荷载和水平地震作用。剪力墙结构的抗侧刚度大，在水平力作用下的侧移较小，承载力较大，且整体性能较好。通过合理设计，能够加强剪力墙的抗震性能，并增加剪力墙的延性。由于剪力墙承载能力大，侧向变形小，其具有一定的延性，在地震中均表现出不俗的抗震性能。但是剪力墙的间距一般较小，平面布置尚不够灵活，建筑空间也受到了一定的限制。对于商住一体的高层建筑，商用部分可采用框支梁、框支柱来进行转换，扩大商用的建筑空间。
三、高层建筑结构设计的特点
1.水平荷载：剪力墙结构的设计主要是针具水平荷载而进行的，水平荷载成为了决定性的因素。原因是剪力墙结构因为竖向荷载力（包括重力等）引起的弯矩与轴力大小是与建筑高度的一次方成正比例的关系，而水平荷载引起的倾覆力矩以及在竖向构件中出现的轴力大小是与建筑高度的两次方成正比例关系;且对一般建筑而言，竖向荷载（包括自重等）的值基本上都是固定不变，而水平荷载主要有风荷载与地震作用等，其数值是可以变化的，并且随着结构动力特性的改变而改变。
2.轴向变形：在自动等竖向荷载作用下轴向变形比较大。高层建筑竖向荷载比较大，容易使柱出现较大的轴向变形，从而影响到主梁的弯矩。此外，还会对构件的位移以及剪力造成一定程度的影响，最终影响建筑结构设计的安全性。
3.结构位移：侧移的控制是建筑结构设计的重要内容。建筑结构的位移与建筑高度成正比，高度越高位移越大，从而影响到工程建筑的安全性，这就要求，在对建筑结构进行设计时应注意将在水平荷载作用下结构位移量控制在规定限度以内。
4.结构延性：结构延性是建筑结构设计进行的关键指标。在地震作用下，高层建筑与较低楼房建筑相比，出现的变形量会更大一些。为了确保高层建筑结构在通过塑性变形阶段后仍然具备较大的变形能力，以防倒塌现象发生，因此，应采取有效的处理办法，使高层建筑结构具备充足的延性。
四、高层建筑结构剪力墙的优化设计要点
剪力墙在设计中既要满足位移限值的要求，又要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用，做到安全、经济合理。剪力墙合理数量的确定原则是：在满足规范规定的位移限值条件的前提下，剪力墙数量应尽量减少，但应满足在基本振型地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%。同时，规范规定框架部分承担的剪力至少为底部总剪力的20%，或各层框架承担的地震总剪力中最大值的1.5倍。下面对何如优化剪力墙的设计进行简要分析：
1.合理的结构布置
所有民用建筑的结构布置都应尽可能遵循简洁、规则的原则，保证结构的质心与刚心相一致，而对于剪力墙结构来说，剪力墙的方案布置、墙肢的长短等均应合理。因为底部框架——剪力墙结构中的剪力墙属于低矮墙，且其抗剪刚度相对较大，所以如果平面形式复杂、布置的墙肢较长，就很容易出现受力过于集中、局部刚度过大的现象，甚至往往出现只布置极少的剪力墙就能满足上下层的抗侧刚度比限值的情况。所以在剪力墙布置方案上必须要坚持对称、均匀、周边、分散的原则，且墙片不宜过长，墙片平面形式也不宜采用增强抗侧刚度的“T”、“L”等平面形式，而应尽可能采用“一”字平面形式。同时还应控制好剪力墙的最大间距，以满足规范的要求。纵向剪力墙还应在外纵轴布置好开窗洞的剪力墙，这样就能大大增强其横向抗倾覆的能力，以避免边柱产生过大的拉力和压力。
2.建筑高度和层数要求
根据资料和研究证明，随着楼层数的增加，剪力墙结构的震害将会加剧，所以规范对于结构形式为剪力墙结构的建筑物的高度和层数有着严格的限值要求。其中的建筑高度指的是从室外地面至檐口或者屋面板板面的高度，对于半地下室结构则从室内地面算起，而对于全地下室或者嵌固条件较好的半地下室则仍然应从其室外地面算起。对于那些带阁楼的坡屋顶则应算至山墙的半高处。
3.抗震要求
根据历史上地震的记录及其分析研究，之所以底层框架—剪力墙结构会产生严重的破坏，究其原因就在于其上部刚度和底层刚度之比太过于悬殊。因而导致当地震集中作用到底层时，就会因为底层刚度较上部结构要小得多而造成底层弹塑性的明显且突出的集中变形的现象。所以控制上部刚度和底层刚度之比是非常关键的。对于不同的抗震设防烈度，抗震要求也有一定的区别。
4.避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度过大
《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称《高规》）中规定：“矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面宽度的5倍。”一旦出现上述情况，对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制，设计施工都比较困难。在实际设计中，独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墙，使小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。
5.注重转换层结构设计
高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部（中部）和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，要设置转换构件衔接上下结构，传递内力，设置转换构件的楼层称为转换层。因此，对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构，应当慎重设计。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，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。
五、结束语
在高层建筑剪力墙的结构设计中，要考虑施工中的具体需求，把多方面因素考虑在内，注意结构整体的性能、尺寸要求。不断提高剪力墙的结构设计水平，优化设计方案，降低工程费用，节约社会成本，提高建筑质量。
参考文献：
[1]齐楠.浅议高层建筑剪力墙结构设计[J].黑龙江科技信息.2011（17）
[2]张月猛，刘洪萍.浅析剪力墙连梁在高层建筑中的设计方法[J].民营科技.2010（05）
[3]陈峰，张旭.关于高层建筑剪力墙连梁设计的探讨[J].科技促进发展.2010（08）
[4]秦艳，焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导.2011（27）
【关键词】 高层建筑;剪力墙;结构设计
一、前言
合理的建筑结构有助于提高建筑质量，为社会带来经济效益。在设计过程中设计施工人员应该按照设计规则进行设计。对于剪力墙结构来说，准确掌握剪力墙设计的重点、要点才能最大限度的发挥作用，保证房屋质量。
二、剪力墙基本概述
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，承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，這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。
现浇钢筋混凝土剪力墙结构，除了承受楼板传来的竖向荷载外，还承受风荷载和水平地震作用。剪力墙结构的抗侧刚度大，在水平力作用下的侧移较小，承载力较大，且整体性能较好。通过合理设计，能够加强剪力墙的抗震性能，并增加剪力墙的延性。由于剪力墙承载能力大，侧向变形小，其具有一定的延性，在地震中均表现出不俗的抗震性能。但是剪力墙的间距一般较小，平面布置尚不够灵活，建筑空间也受到了一定的限制。对于商住一体的高层建筑，商用部分可采用框支梁、框支柱来进行转换，扩大商用的建筑空间。
三、高层建筑结构设计的特点
1.水平荷载：剪力墙结构的设计主要是针具水平荷载而进行的，水平荷载成为了决定性的因素。原因是剪力墙结构因为竖向荷载力（包括重力等）引起的弯矩与轴力大小是与建筑高度的一次方成正比例的关系，而水平荷载引起的倾覆力矩以及在竖向构件中出现的轴力大小是与建筑高度的两次方成正比例关系;且对一般建筑而言，竖向荷载（包括自重等）的值基本上都是固定不变，而水平荷载主要有风荷载与地震作用等，其数值是可以变化的，并且随着结构动力特性的改变而改变。
2.轴向变形：在自动等竖向荷载作用下轴向变形比较大。高层建筑竖向荷载比较大，容易使柱出现较大的轴向变形，从而影响到主梁的弯矩。此外，还会对构件的位移以及剪力造成一定程度的影响，最终影响建筑结构设计的安全性。
3.结构位移：侧移的控制是建筑结构设计的重要内容。建筑结构的位移与建筑高度成正比，高度越高位移越大，从而影响到工程建筑的安全性，这就要求，在对建筑结构进行设计时应注意将在水平荷载作用下结构位移量控制在规定限度以内。
4.结构延性：结构延性是建筑结构设计进行的关键指标。在地震作用下，高层建筑与较低楼房建筑相比，出现的变形量会更大一些。为了确保高层建筑结构在通过塑性变形阶段后仍然具备较大的变形能力，以防倒塌现象发生，因此，应采取有效的处理办法，使高层建筑结构具备充足的延性。
四、高层建筑结构剪力墙的优化设计要点
剪力墙在设计中既要满足位移限值的要求，又要充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用，做到安全、经济合理。剪力墙合理数量的确定原则是：在满足规范规定的位移限值条件的前提下，剪力墙数量应尽量减少，但应满足在基本振型地震作用下，剪力墙部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%。同时，规范规定框架部分承担的剪力至少为底部总剪力的20%，或各层框架承担的地震总剪力中最大值的1.5倍。下面对何如优化剪力墙的设计进行简要分析：
1.合理的结构布置
所有民用建筑的结构布置都应尽可能遵循简洁、规则的原则，保证结构的质心与刚心相一致，而对于剪力墙结构来说，剪力墙的方案布置、墙肢的长短等均应合理。因为底部框架——剪力墙结构中的剪力墙属于低矮墙，且其抗剪刚度相对较大，所以如果平面形式复杂、布置的墙肢较长，就很容易出现受力过于集中、局部刚度过大的现象，甚至往往出现只布置极少的剪力墙就能满足上下层的抗侧刚度比限值的情况。所以在剪力墙布置方案上必须要坚持对称、均匀、周边、分散的原则，且墙片不宜过长，墙片平面形式也不宜采用增强抗侧刚度的“T”、“L”等平面形式，而应尽可能采用“一”字平面形式。同时还应控制好剪力墙的最大间距，以满足规范的要求。纵向剪力墙还应在外纵轴布置好开窗洞的剪力墙，这样就能大大增强其横向抗倾覆的能力，以避免边柱产生过大的拉力和压力。
2.建筑高度和层数要求
根据资料和研究证明，随着楼层数的增加，剪力墙结构的震害将会加剧，所以规范对于结构形式为剪力墙结构的建筑物的高度和层数有着严格的限值要求。其中的建筑高度指的是从室外地面至檐口或者屋面板板面的高度，对于半地下室结构则从室内地面算起，而对于全地下室或者嵌固条件较好的半地下室则仍然应从其室外地面算起。对于那些带阁楼的坡屋顶则应算至山墙的半高处。
3.抗震要求
根据历史上地震的记录及其分析研究，之所以底层框架—剪力墙结构会产生严重的破坏，究其原因就在于其上部刚度和底层刚度之比太过于悬殊。因而导致当地震集中作用到底层时，就会因为底层刚度较上部结构要小得多而造成底层弹塑性的明显且突出的集中变形的现象。所以控制上部刚度和底层刚度之比是非常关键的。对于不同的抗震设防烈度，抗震要求也有一定的区别。
4.避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度过大
《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称《高规》）中规定：“矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面宽度的5倍。”一旦出现上述情况，对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制，设计施工都比较困难。在实际设计中，独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墙，使小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。
5.注重转换层结构设计
高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部（中部）和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，要设置转换构件衔接上下结构，传递内力，设置转换构件的楼层称为转换层。因此，对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构，应当慎重设计。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，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。
五、结束语
在高层建筑剪力墙的结构设计中，要考虑施工中的具体需求，把多方面因素考虑在内，注意结构整体的性能、尺寸要求。不断提高剪力墙的结构设计水平，优化设计方案，降低工程费用，节约社会成本，提高建筑质量。
参考文献：
[1]齐楠.浅议高层建筑剪力墙结构设计[J].黑龙江科技信息.2011（17）
[2]张月猛，刘洪萍.浅析剪力墙连梁在高层建筑中的设计方法[J].民营科技.2010（05）
[3]陈峰，张旭.关于高层建筑剪力墙连梁设计的探讨[J].科技促进发展.2010（08）
[4]秦艳，焦维.剪力墙结构在建筑结构设计中的应用[J].科技致富向导.2011（27）