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摘要：随着城市化的快速发展，高层建筑逐渐成为了城市建设的主流建筑。剪力墙结构由于具有空间整体性好及抗震延性好的一系列优点，成为高层住宅建筑最主要的结构形式之一。本文笔者主要结合实际工程经验，对剪力墙结构优化布置进行分析，得出安全又经济合理的结构形式，为其他类似工程的优化提供参考价值。
关键词：剪力墙结构；合理布置；结构优化
0引言
建筑结构设计的原则是保证安全且在符合现行国家规范的前提条件下，尽可能做到经济合理。怎么样在保证结构安全的前提下，尽量降低用造价成本呢，这就常常需要对结构进行优化布置。而在高层住宅结构设计中，结构安全控制与
用钢量控制之间的矛盾常常让结构设计师们头疼，解决之道在于对结构进行合理的优化布置。很多研究资料表明，真正的结构优化布置，能够既节省工程造价，又不降低结构原有设计的安全水平，甚至可能由于结构方案更加合理，因此，加强结构优化布置的研究和应用，是有着非常重要的意义的。
1剪力墙结构中剪力墙优化设计基本原则
高层住宅结构优化，主要是在保证结构安全前提下尽可能减少结构刚度从而减少地震作用，在结构刚度和经济性之间掌握好尺度，是好的结构设计关键。结构布置主要分为两个方面，由结构平面布置和结构竖向布置组成。结构剪力墙平面布置的原则是规则、均匀、对称，平面长度适中，这样两向刚度对称，减少扭转效应。应尽量避免平面不规则，否则须采取结构加强措施。其结构布置的基本原则是：
（1）满足建筑平面的要求，平面布置应尽量简单、规则，在剪力墙结构中，根据建筑物使用功能的要求，应尽量使剪力墙的走向简单明确化，减少复杂形状的剪力墙布置，宜布置成规则的T形、L形、口字形。
（2）合理布置剪力墙的洞口，宜上下对齐、成列布置，在实际的工程设计中，应避免将剪力墙设计成错洞墙或叠合错洞墙的形式。
（3）加强结构周边的刚度，适当减小结构内部剪力墙的布置，在满足结构安全性不妨碍建筑物的使用功能的前提下，适当减弱内部剪力墙的布置即减小结构内部部分剪力墙的长度，删除一定数量的剪力墙，能较大程度上节约工程成本。
（4）剪力墙的刚度沿楼层高度方向应连续均匀变化，可沿高度的方向逐渐均匀地改变上部结构的剪力墙的墙厚或混凝土的强度等级，提高结构的延性。
（5）施工方便，经济效应好。
2工程实例及结构优化布置设计分析
2.1工程概况
本文采用的工程实例为亲自参与的项目，5栋高层住宅（户型一致），标准层的层高为2.8m，地下1层，地上30层，抗震设防烈度为7度（15.0g）。
参照规范，对建筑结构进行布置和选型、基础形式、抗震构造进行确定，详见下表：
表1建筑结构布置和选型
表2基础布置
本项目要求竖向结构刚度和承载力宜自下而上均匀梯度变化，尽可能杜绝刚度突变。根据平面布置图，本工程平面在竖向上基本连续，没有构件突变，没有转换。竖向刚度的变化主要体现在墙厚和混凝土强度等级上。
2.2方案优化
高层住宅结构采用剪力墙结构体系，要想获得良好的刚度和承载能力，可以通过完善剪力墙的布置，通过布置2种不同的方案，对比不同方案的计算结果和经济性的影响，并通过方案二在方案一的基础上进行优化的方法，不断改善结构设计。
2.1根据对以上方案的情况分析，并以该剪力墙结构的布置方案作为基本方案，即方案一，方案一剪力墙完全按照建筑条件图的洞口布置和墙布置建立剪力墙模型；
2.2方案二结合剪力墙结构设计的一般规定和布置原则，对结构中的剪力墙布置进行优化调整，删除了一些剪力墙，并根据布设原则增加了结构洞口。
3计算结果合理性分析及对比
（1）周期比的意义在于是使抗侧力的构件的平面布置两个方向更加均衡，质心和刚心尽可能重合，使结构在地震作用下不至出现过大的扭转。周期比计算比较简单，将最大扭转周期除以最大平动周期就可以得出，本文取前12个振型的周期进行比对，方案一周期相对于方案二均要小，说明方案二刚度明显较少，说明方案二模型比原结构更柔。另外方案一、二扭转周期比为0.694和0.667，方案二的扭转/平动周期比方案一要小，抗扭刚度更好。
（2）方案二由于减少了剪力墙数量进行刚度优化，一些不重要的剪力墙被删去，刚度有所降低导致位移增大，但位移值均在规范控制范围内。另外通过分析，方案二的最大层间位移角相比之下就比方案一的数值有所改善，且从比值可得风荷载对刚度变化更敏感，当刚度降低时，结构位移变化的程度明显增大。
（3）通过数据分析可得，除开地下室，两个方案的刚度比值相近且均符合规范要求，竖向刚度均匀梯次递减，两个方案都满足要求。当刚度比出现问题方法非常简单：加强本层刚度，削减上层刚度。
（4）方案二的层间剪力和倾覆弯矩比方案一减小10%~15%，说明方案二比方案一结构刚度减小，结构自重更小，结构所受的地震力也减小，方案二的结构布置方案效果较为显著。
（5）另外，分析数据显示，方案一中轴压比0.4以上的所占比例很小，方案二对剪力墙布置数量进行优化，轴压比在0.3~0.4占了51%，0.4以上的比例增加，案二使剪力墙数量比较合适，刚度适中，结构自重更小，地震力更小，经济效益更高，明显比方案一更加合理。
结构方案确定后，进行合理的剪力墙结构布置，对剪力墙结构构件进行
优化设计，在满足规范的基础上，通过合理地布置剪力墙和适当增加结构洞口，可以有效地减少剪力墙的数量，使剪力墙结构刚度在两个方向上的刚度更加均衡，从而使结构自重更小，所承受的地震力更小，可以实现结构安全与经济的统一。
4总结
本文结合高层住宅楼工程实例，对高层剪力墙结构中剪力墙的合理布置及优化设计进行了初步的研究，由于剪力墙的布置方法及优化思路众多，本文只是基于特定的工程项目实例的研究分析而得出一些初步结论，加上由于限制，未能建立模型进行具体的数据分析对比，只能根据已统计的一些数据，进行概括性的分析，还有许多问题与不足，在今后的研究分析中进行深化，从而得到更安全经济的方案设计。
参考文献：
[1]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2006，1-121.
[2]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
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