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【摘要】文章首先阐述了高层建筑剪力墙结构工程的概念设计，然后对高层建筑剪力墙结构工程优化设计进行了探讨。
【关键词】高层建筑工程，剪力墙，优化设计
中图分类号： TU761 文献标识码： A
一、前言
近年来，我国高层建筑工程取得了飞速发展，随着房地产的升温，越来越多的高层建筑拔地而起，在倡导节能减排的今天，加强对高层建筑剪力墙结构优化设计，有着重要的现实意义。
二、高层建筑剪力墙结构的概念设计
高层建筑不仅要承受所有重力荷载的作用并保持稳定，而且要承受风荷载、地震等水平荷载的作用并保持一定的刚度，避免过大的水平位移和振动，保证建筑内各种建筑装饰、填充墙等不受损坏，以提供建筑内工作生活的人们有一个舒适的环境。
高层建筑结构同时承受垂直和水平荷载，还要抵抗地震作用，在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，通常可以忽略；而在高层建筑中，水平荷载和地震作用将成为控制因素。随着建筑高度增加，位移增加最快，弯矩次之。因此高层建筑设计不仅要有较大的承载能力，而且需要较大的抗侧刚度，以保证水平荷载产生的侧向变形控制在一定范围内。剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征为弯曲型。剪力墙结构承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好，侧向刚度大，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。缺点是不能提供大空间房屋，结构延性较差。当地下室或下部一层、几层，需要大空间时(如商场、停车库等)即形成部分框支剪力墙结构。在框架-剪力墙结构和剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。
剪力墙结构由于承受竖向力、水平力的能力均较大，横向刚度大，因此可以建造比框架结构更高、更多层数的建筑。但是只能以小房间为主的房屋，如住宅、宾馆、单身公寓。而宾馆中需要大空间的门厅、餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中。为了适用任何方向的水平力(或地震作用)，因此对于矩形平面，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；三角形平面，宜沿三个主轴方向设置剪力墙。
三、高层剪力墙建筑结构的分类
1、框剪结构
框架结构与剪力墙结构的组合，适用于大型较复杂的公建类高层，如办公楼、宾馆、学校、图书馆、医院等。框架结构提供了较大的空间，剪力墙均匀、对称分布其中，提供了较好的刚度与承载力。二者的完美组合，最大化的实现了建筑的使用功能。
2、剪力墙结构
剪力墙结构主要适用于住宅、公寓等居住型建筑。此类建筑一般开间小，荷载小，房间布置灵活，且房间内尽量要求平整，美观。剪力墙结构可灵活布置，可以尽可能满足房间的布置与美观。另外，剪力墙结构施工简单，造价上也有优势。
3.筒体结构
筒体结构由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体结构具有造型美观、使用灵活、受力合理，以及整体性强等优点，适用于较高的高层建筑。
4、钢—混凝土结构
在一些超高，或超复杂的高层建筑中，普通的钢筋混凝土已经不能满足结构的需要了。这时候就需要用到钢-混凝土组合结构了。钢-混凝土组合结构，充分发挥了钢与混凝土的优点，可大大减小受力构件的截面，在一些超高的大型建筑中有着广泛的应用。
四、高层建筑剪力墙结构优化设计分析
1、高层剪力墙结构的抗震优化设计
根据相关机构对我国历史上的地震记录进行分析研究后表明，之所以高层剪力墙结构会在地震中出现严重的破坏，究其根本原因就在于高层剪力墙结构的底层刚度与上部刚度之间的差距往往太过于悬殊，一旦当地震作用集中在其底层时，就会导致底层出现极其突出而明显的弹塑性集中变形。因此对于高层剪力墙结构而言，底层刚度与上部刚度之比必须要进行严格的控制，这是最为关键的一点。另外，由于不同地区的抗震设防烈度也不尽相同，因此在高层剪力墙结构设计中对于抗震方面也要有区别对待，以保证其经济合理性。
2、高层剪力墙结构的连梁优化设计
在高层剪力墙结构中，连梁是一项关键的耗能构件，其剪切破坏将对结构抗震产生极为不利的影响，并会极大地降低结构体系的延性。因此在高层剪力墙结构的优化设计过程中，一定要注意对其连梁进行强剪弱弯的验算，以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。对于人为加大连梁纵筋的操作一定要慎之又慎，因为这样就有可能无法满足其强剪弱弯的要求。当然也不能单纯地认为加大箍筋就一定能够确保其强剪弱弯的要求，这是由于当连梁不能满足其截面控制条件时，一味盲目地增加箍筋必然会导致连梁在其箍筋还未充分发挥作用时就发生剪切破坏。而连梁截面的抗剪计算中，对于那些跨高比大于2.5的连梁，应注意将其剪力设计值乘以增大系数。
3、高层剪力墙结构的长肢墙优化设计
高层剪力墙结构在优化设计中还必须对其展延性予以相应的关注，特别是对于呈高细形状的剪力墙（即高宽比超过3）而言，就具有较好的展延性和弯曲破坏的属性，从而能够很好地避免发生脆性剪切破坏。然而在墙肢长度比较长的情况中，为了满足其每个墙段的高宽比都超过3，就可以采取开洞的方式来将长墙分割成为独立的、小而均匀的墙段。此外，当其墙段的长度较小时，因受弯而导致产生裂缝的宽度也比较小，这样就可以充分地发挥出剪力墙墙体配筋的作用。
4、高层剪力墙结构的布置优化
高层剪力墙结构的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，尤其是剪力墙的方案布置、墙肢的长短等均应合理。因为高层剪力墙结构的抗剪刚度相对较大，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，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。
5.基础优化设计
在高层建筑成本中，基础往往占了很大的比例。因此在基础的选型中，要考虑经济性原则。可以選取多种方案进行比较，确定最合理方案。另外，还要结合当地经验，当地的施工工艺，能有效降低成本。
6.新材料、新工艺的使用
时至今日，各种新材料、新工艺不断推出。在结构设计中，采用一些新材料、新工艺，可以有效的减少成本。
五、结束语
高层建筑剪力墙结构的优化设计，尤其是在住宅类建筑中，对成本控制，有着很大的意义。因此，在剪力墙结构设计中，也要把经济性作为一个重要的方面去对待。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010).
[2]沈小璞主编高层建筑结构设计
[3]王月红，关杰.高层高层建筑工程结构设计综合分析[J].山西高层建筑，2012
【关键词】高层建筑工程，剪力墙，优化设计
中图分类号： TU761 文献标识码： A
一、前言
近年来，我国高层建筑工程取得了飞速发展，随着房地产的升温，越来越多的高层建筑拔地而起，在倡导节能减排的今天，加强对高层建筑剪力墙结构优化设计，有着重要的现实意义。
二、高层建筑剪力墙结构的概念设计
高层建筑不仅要承受所有重力荷载的作用并保持稳定，而且要承受风荷载、地震等水平荷载的作用并保持一定的刚度，避免过大的水平位移和振动，保证建筑内各种建筑装饰、填充墙等不受损坏，以提供建筑内工作生活的人们有一个舒适的环境。
高层建筑结构同时承受垂直和水平荷载，还要抵抗地震作用，在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，通常可以忽略；而在高层建筑中，水平荷载和地震作用将成为控制因素。随着建筑高度增加，位移增加最快，弯矩次之。因此高层建筑设计不仅要有较大的承载能力，而且需要较大的抗侧刚度，以保证水平荷载产生的侧向变形控制在一定范围内。剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征为弯曲型。剪力墙结构承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好，侧向刚度大，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。缺点是不能提供大空间房屋，结构延性较差。当地下室或下部一层、几层，需要大空间时(如商场、停车库等)即形成部分框支剪力墙结构。在框架-剪力墙结构和剪力墙结构两种不同结构的过渡层必须设置转换层。
剪力墙结构由于承受竖向力、水平力的能力均较大，横向刚度大，因此可以建造比框架结构更高、更多层数的建筑。但是只能以小房间为主的房屋，如住宅、宾馆、单身公寓。而宾馆中需要大空间的门厅、餐厅、商场等往往设置在另外的建筑单元中。为了适用任何方向的水平力(或地震作用)，因此对于矩形平面，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；三角形平面，宜沿三个主轴方向设置剪力墙。
三、高层剪力墙建筑结构的分类
1、框剪结构
框架结构与剪力墙结构的组合，适用于大型较复杂的公建类高层，如办公楼、宾馆、学校、图书馆、医院等。框架结构提供了较大的空间，剪力墙均匀、对称分布其中，提供了较好的刚度与承载力。二者的完美组合，最大化的实现了建筑的使用功能。
2、剪力墙结构
剪力墙结构主要适用于住宅、公寓等居住型建筑。此类建筑一般开间小，荷载小，房间布置灵活，且房间内尽量要求平整，美观。剪力墙结构可灵活布置，可以尽可能满足房间的布置与美观。另外，剪力墙结构施工简单，造价上也有优势。
3.筒体结构
筒体结构由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体结构具有造型美观、使用灵活、受力合理，以及整体性强等优点，适用于较高的高层建筑。
4、钢—混凝土结构
在一些超高，或超复杂的高层建筑中，普通的钢筋混凝土已经不能满足结构的需要了。这时候就需要用到钢-混凝土组合结构了。钢-混凝土组合结构，充分发挥了钢与混凝土的优点，可大大减小受力构件的截面，在一些超高的大型建筑中有着广泛的应用。
四、高层建筑剪力墙结构优化设计分析
1、高层剪力墙结构的抗震优化设计
根据相关机构对我国历史上的地震记录进行分析研究后表明，之所以高层剪力墙结构会在地震中出现严重的破坏，究其根本原因就在于高层剪力墙结构的底层刚度与上部刚度之间的差距往往太过于悬殊，一旦当地震作用集中在其底层时，就会导致底层出现极其突出而明显的弹塑性集中变形。因此对于高层剪力墙结构而言，底层刚度与上部刚度之比必须要进行严格的控制，这是最为关键的一点。另外，由于不同地区的抗震设防烈度也不尽相同，因此在高层剪力墙结构设计中对于抗震方面也要有区别对待，以保证其经济合理性。
2、高层剪力墙结构的连梁优化设计
在高层剪力墙结构中，连梁是一项关键的耗能构件，其剪切破坏将对结构抗震产生极为不利的影响，并会极大地降低结构体系的延性。因此在高层剪力墙结构的优化设计过程中，一定要注意对其连梁进行强剪弱弯的验算，以保证连梁的剪切破坏晚于弯曲破坏。对于人为加大连梁纵筋的操作一定要慎之又慎，因为这样就有可能无法满足其强剪弱弯的要求。当然也不能单纯地认为加大箍筋就一定能够确保其强剪弱弯的要求，这是由于当连梁不能满足其截面控制条件时，一味盲目地增加箍筋必然会导致连梁在其箍筋还未充分发挥作用时就发生剪切破坏。而连梁截面的抗剪计算中，对于那些跨高比大于2.5的连梁，应注意将其剪力设计值乘以增大系数。
3、高层剪力墙结构的长肢墙优化设计
高层剪力墙结构在优化设计中还必须对其展延性予以相应的关注，特别是对于呈高细形状的剪力墙（即高宽比超过3）而言，就具有较好的展延性和弯曲破坏的属性，从而能够很好地避免发生脆性剪切破坏。然而在墙肢长度比较长的情况中，为了满足其每个墙段的高宽比都超过3，就可以采取开洞的方式来将长墙分割成为独立的、小而均匀的墙段。此外，当其墙段的长度较小时，因受弯而导致产生裂缝的宽度也比较小，这样就可以充分地发挥出剪力墙墙体配筋的作用。
4、高层剪力墙结构的布置优化
高层剪力墙结构的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，尤其是剪力墙的方案布置、墙肢的长短等均应合理。因为高层剪力墙结构的抗剪刚度相对较大，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，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。
5.基础优化设计
在高层建筑成本中，基础往往占了很大的比例。因此在基础的选型中，要考虑经济性原则。可以選取多种方案进行比较，确定最合理方案。另外，还要结合当地经验，当地的施工工艺，能有效降低成本。
6.新材料、新工艺的使用
时至今日，各种新材料、新工艺不断推出。在结构设计中，采用一些新材料、新工艺，可以有效的减少成本。
五、结束语
高层建筑剪力墙结构的优化设计，尤其是在住宅类建筑中，对成本控制，有着很大的意义。因此，在剪力墙结构设计中，也要把经济性作为一个重要的方面去对待。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010).
[2]沈小璞主编高层建筑结构设计
[3]王月红，关杰.高层高层建筑工程结构设计综合分析[J].山西高层建筑，2012