高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨

贾东升

（河北建筑设计研究院有限责任公司，河北 石家庄 050011）

一、前言

高层建筑之所以常使用剪力墙结构是因为剪力墙结构不仅仅具有综合性强的特点，还具有投资成本低和坚韧度高的特点，这也是剪力墙被广泛使用的原因。使用剪力墙结构既可以节约投资成本，而且和其他结构相比还具有较强的优势，例如，和框架结构相比较，如果两者在基本情况相同的时候，剪力墙结构的外观更加美观。伴随着社会大众对剪力墙结构的不断重视，剪力墙结构应用于高层建筑也是越来越普遍，虽然相关的章程对剪力墙结构没有具体的规定，但是作为工程质量的保证，优化剪力墙结构是重点问题。

二、剪力墙结构的概念及结构能效

剪力墙结构应用于建筑时，剪力墙结构不仅要符合建筑物的整体布局结构，而且还要满足建筑物的平面结构，剪力墙结构在整体建筑中是一个构件，是起到抗震，抗风以及传导荷载力导致的剪力、轴力等的结构构件，与此同时剪力墙结构还是建筑物的隔离墙，因此在整个建筑中剪力墙结构是主要承载部分。剪力墙结构具有空间小的特点，所以在使用剪力墙结构时通常采用混凝土结构作为楼层的盖板，这样既可以节约楼高，而且还可以提高空间的利用率，是一个有效的使用措施，剪力墙结构被广泛使用还有一个重要的原因，那就是剪力墙结构在空间和整体结构上都具有较强的抗侧力性能和承载性能，然而没有完美的结构，剪力墙结构也具有一些不足之处，比如，建筑物的设计灵敏度较低，空间间距限制较大，对于大型建筑不适用。

三、高层剪力墙结构布置要求

因为剪力墙结构在整体建筑中是起到抗震，抗风以及传导荷载力导致的剪力、轴力等的结构构件，而且剪力墙结构还是建筑物的隔离墙，所以剪力墙结构大多数是顺着主轴线布置。剪力墙结构具有较强的抗脆性和延性变形、弯曲延性，设计师在设计剪力墙结构时，剪力墙要具有相对较大的高度与宽度，但是剪力墙的厚度要较小一点，这也是符合剪力墙的特征。对于剪力墙结构墙布置应在“周边、对称、成对”的前提下，尽可能减少墙肢片数量和暗柱数量。

四、剪力墙结构设计优化措施

1 加强剪力墙结构均衡设计。高层剪力墙结构的均衡设计需要工作人员使用合理的对策，促进剪力墙结构的受力平均，这不仅仅可以提高工程的安全性能和结构的合理，而且还可以节约高层建筑的造价成本。剪力墙结构的合理设计需要工作人员依据建筑物的平面布局状况来实现，设计人员分析各种情况，得出剪力墙结构优化设计的方案，这包括设计人员依据施工场地的现状，设计出科学合理的剪力墙结构，在设计人员设计好剪力墙结构方案的同时还要制定出符合设计要求的管理条例，加强对剪力墙结构的检查和监督，增强施工人员的安全意识和管理团队的科学管理水平，保证施工人员严格按照设计方案和施工图纸进行施工，保障施工的质量，特别是剪力墙结构的质量。

2 高层剪力墙结构方案的优化设计。高层剪力墙结构有着各式各样的设计方式，对于不同高度的建筑物，选择不同的剪力墙结构，这不仅仅要考虑层高还要考虑剪力墙构件所需要的材料，对于层高小于20层的建筑物，大多数情况下使用短肢剪力墙结构的方法，这种设计方法的水平地震剪力、期限和位置移动均可以在正常的范围中得到制约，而且还使用现浇剪力墙结构，有效的把混凝土结构的墙体改变成砌体墙体，这种方法不仅可以促进整个建筑物刚度的提升，降低结构本身的重量，而且还可有利于减少建设投资。

3 剪力墙结构墙体配筋的优化设计。关于墙体配筋在剪力墙结构中的优化设计，第一步要做的工作就是选择优质的材料，其中钢筋材料的选择是重中之重，选择质优的钢筋需要检查钢筋的各种合格证明，这是钢筋进场前的首要工作，符合要求的钢筋才可以进入施工场地，剪力墙结构墙体配筋大多数需要把垂直钢筋安置在里面，水平钢筋安置在外面。这是因为地底下的墙体配筋相对于其他部分较多，而且地下水压和土压造成的压力较强，剪力墙结构的配筋通常符合建议标准和工程测算的最小配筋率即可。依据实际现状制定的剪力墙优化设计能够较好的减少投资成本。对剪力墙厚度的选择尤为重要，不必特意把最小厚度定为200mm，在满足结构计算要求的前提下也可采用180mm或160mm剪力墙。

4 剪力墙结构连梁的优化设计。相关剪力墙结构标准中明确提出，如果连梁的跨高比大于5的时候，就需要按照框架梁的要求展开设计，这也就是表示，跨高比大于5的连梁，它的刚度不可以减少，然而当连梁的跨高比在5~6时，一旦刚度不减少，很有可能造成剪力过大的情况，使得建设工程的成本增加，浪费资源。解决方法就是使跨高比大于6，这样就可以明显的减少钢筋与混凝土的使用量，有效的减少投资成本。

5 层间位移比和最大位移的优化设计。依据规定，在核算常遇地震作用标准值造成的楼层最大的弹性层间位移时，把以高层变形建筑物排除以外，大多数不扣除整个结构的弯矩变形，同时算入扭转变形。所以，以高层建筑为例，首要的任务是制止楼层间和剪切变形。根据制约的垂直构件数量可以制约剪切变形，一旦单数构件布置的不科学，一样能产生很大的扭转变形，所以，高层建筑需要最大可能的减少扭转变形，不可以随意增设构件的刚度。

6 楼层最小剪力系数的优化设计。在符合短肢剪力墙承担的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩低于40%的情况下，需要最大限度的降低使用剪力墙，将大空间剪力墙布置方法作为目的，促进楼层最低剪力系数靠近标准规范。这种方法可以加大剪力墙结构的刚度和减少自重，将地震作用造成的消极作用降到最小。

结语

综上所述，一旦高层剪力墙结构设计出现不足的时候，这可能会大大制约剪力墙结构与工程整体的安稳性，所以，加强剪力墙结构的优化设计是工作的重中之重，剪力墙结构的优化设计不仅可以促进工程稳定而且还可以降低建设资金的投入，对我国建筑行业的高速发展有着积极影响。

[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（04）：36-37+39.