小议高层建筑剪力墙结构优化设计
摘要：伴随着社会经济的快速发展，高层建筑物开始在社会的各个角落拔地而起。而高层建筑物的施工建设对其设计方案具有非常高的要求。尤其是剪力墙的结构设计，更是整个设计方案中的一大要点。鉴于此，本研究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；优化设计
1 高层建筑剪力墙结构设计优化的一些方法
剪力墙是建筑物非常重要的承力结构，特别对于高层建筑来说，它的结构设计关乎整个建筑的安全性与稳定性。但是，很多设计者为了保证剪力墙的可靠性而往往把它设计的十分复杂，结果反而使其的性能有所下降。因此，必须采取一些可行的方式优化它的结构设计。
高层建筑剪力墙是整个建筑结构中重要的承力结构，它一般会受到其他结构部分的水平拉力、纵向压力等作用，同时具有较大的横向刚度。因此，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，并与实际的工程背景相结合，对高层剪力墙结构的优化进行认真研究是有必要的。从实际工程设计以及工程建设方面来看，剪力墙的优化设计主要包括剪力墙的分布密度、分布位置、施工层数以及抗震性、抗压性、抗拉性等几个主要方面。
1.1 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。
1.2 剪力墙的内部构造的优化设计构造
剪力墙的特点是平面外刚度及承载力相对很小，而平面内刚度及承重力大，这就要求在剪力墙的结构设计及施工时对弯矩进行适当的控制，具体做法是精确地计算墙体受力分布，从而决定弯矩的角度以及曲度。而在剪力墙中抗震墙的的结构设计中，应当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件，一般剪力墙墙体配筋要求是水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧，在钢筋的选择是，尽量选择韧性好延展性稍强的钢筋，并注意铺设的密度；除此之外，还应该在剪力墙的顶部设施是适当大小的暗梁，从而满足连梁、框架梁纵筋及剪力墙竖向钢筋锚固需要，并且按照实际需求配置纵筋和箍筋，并将接缝焊接紧密，从而在内部实现剪力墙的结构优化（在满足施工要求的情况下）。
1.3 剪力墙开口部分的结构优化
有些时候，剪力墙会承载一些横梁、楼板等结构，而会在墙体上设置一些开口。而开口的开凿无疑会影响到剪力墙整体的性能。而为了弥补这种性能上的损失，设计人员往往会增加一些附属结构来进行弥补。但是这些结构会在一定程度上使得剪力墙结构复杂化。为了解决这个“矛盾性”问题，可以采取一些优化方案，如对于小开口的整体墙，因洞口的影响，墙肢间不是直线应力分布，但偏离不大，在整体墙计算方法的基础上可加以修正；在对抗震性能的结构设计时，则应当尽量避免在洞口与墙边或两个洞口之间形成墙肢截面，并可以设置一些简单的类似支架功能的结构体，从而达到剪力墙开口部分的结构优化的目的。
1.4 剪力墙施工设计方案的选择
根据一项统计数据显示，在剪力墙的结构优化设计中，设计方案阶段是最重要的控制阶段，其在整个优化设计工作中所占据的影响力占到了总体的70%，可谓是最关键的阶段。也就是说，整个剪力墙优化设计工作能达到什么样的高度，关键就在这个阶段之中。因此，在方案阶段应考虑结构形式的合理性与经济性，并使建筑功能与结构布置结合，最终确定其设计方案和改进方法。其具体做法是：将设计队伍按照合适的方法分成若干组，每一个组单独进行设计工作，并拿出具体的设计方案，最后将各个方案汇集起来综合的进行比较，优胜劣汰，并吸取每一个方案的优点，汇集成一个新的总方案。并将这个方案交予专家组仔细论证，以求得相关的改进意见，最终形成最优的设计方案。在施工方面，根据实际研究，超过 20 层的建筑物结构（也即高层建筑）最好还是采用传统的现浇剪力墙，如若采用短肢剪力墙体系，结构就会较柔，结构顶点位移和层间位移规范要求就不一定能够得到满足，底部剪力系数也偏低，就会造成不安全的结构，因此应根据实际需要选择合适的结构体系，而且还需要尝试性的施工，也即先施工一小部分墙体，验证其是否满足实际需求，然后再进行全面性施工。最后需要说明的一点是，有时在采用传统的现浇剪力墙结构时，若出现结构的刚度过大的情况时，可以采用在墙肢上开孔，或者将窗台改成砖砌结构等措施进行调整。
1.5 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。
1.6 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伸到地下室，并应按规范要求在地下室第1层设置约束边缘构件。总而言之，底部加强墙的优化设计所起到的优化作用是十分明显的，应当给于足够的重视。
2 结束语
另外，转换成的结构优化设计同样不容被忽视，它在剪力墙中的作用也是非常重要的。最后需要强调的是，在进行剪力墙结构优化设计时还应注重经济性，控制好成本。
参考文献：
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[2]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，（08）.