潘汉丹
中信建筑设计研究总院有限公司
摘要：近年来，经济的飞速发展和社会的进步不断推动我国建筑行业的发展，高层建筑逐渐成为城市的重要标志，也成为我国建筑行业工作的重心。剪力墙结构具有整体性能好、刚度大、节省钢材等方面的优点，而且剪力墙结构比较简单，没有露柱和露梁的情况存在，室内布置容易。因此，在高层建筑中得到了广泛的运用，基于此本文重点对高层建筑剪力墙结构设计的优化措施进行探讨。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计
一、前言
随着经济建设的快速发展，城市人口不断增加，建筑用地资源非常紧张，在这种情况下，高层建筑以其大容积率得以在城市中快速发展起来。高层建筑垂直高度较大，而且结构较为复杂，这就需要选择适宜的结构形式，来确保高层建筑的稳定性。目前剪力墙结构不仅能够有效的确保使用空间的最大化，而且抗侧力刚度也较好，所以在当前高层建筑结构设计中得以广泛的应用。在进行剪力墙结构设计过程中，需要对其设计进一步优化，确保建筑结构能够更好的满足建设可靠性的要求。
二、优化高层剪力墙结构的基本原则
一般情况下，优化高层剪力墙结构时，主要需要对以下几个方面的因素进考虑：①要可以将材料的力学性能充分发挥出来，使结构布置更加的科学合理，截面设计更加的科学；②要提高结构的抗风性和抗震性，要可以将剪力墙抵抗水平荷载的能力发挥出来；③要在保证建筑物质量的基础上，降低工程的总造价。按照这三个原则，现从下面几个方面对结构的设计优化进行探讨。
1、多使用普通剪力墙
在优化高层剪力墙结构时，要尽可能使用普通剪力墙，降低短肢剪力墙和小墙肢的数量，根据剪力墙的侧移刚度确定高层住宅剪力墙结构的侧向刚度，尽可能增加墙肢的长度，使得翼墙和两端连接起来，降低短肢墙和小墙肢的数量。通过使用高截面的长墙肢，可以降低剪力墙中开洞的数量，降低减少边缘构件配筋的面积，节省投入资金，其次，可以将剪力墙抗侧移刚度的作用发挥出来，在满足规范层间位移角限值的基础上，减少剪力墙的数量。
2、剪力墙的数量和刚度要合理
在剪力墙结构中，剪力墙是一个重要的抗震构件，一直以来，建筑物刚度的大小存在比较大的争议，如果从震害情况来看，刚度越高，受地震灾害的影响越小，但是如果建筑物的刚度不断的增加，所能承受的地震水平作用也会越来越高，建设费用相对来说也会更高，因此，如果对剪力墙的数量进行确定就成为了优化的重点。一般来说，控制结构的水平位移和控制地震作用是两个主要的决定因素。其中水平位移指的是结构水平位移角的限值。控制地震作用指的是要对地震计算值进行控制，如果值过小，会出现结构位移满足要求和构造配筋的安全假象。
3、合并水平分布钢筋和短肢墙中的箍筋
由于短肢剪力墙的截面高度比较低，对边缘进行约束的构件会占据比较大的范围。当剪力墙两端约束边缘构件长度范围以内设置好拉筋和箍筋后，如果再对水平分布的钢筋进行设置，就会导致箍筋和水平钢筋重叠的情况，造成了不必要的浪费。所以，对于截面高度比较小的短肢剪力墙来说，最好顺着墙肢截面的全高设置一定数量的拉筋和箍筋。使得水平分布的钢筋和两端分布的边缘构件箍筋合并。
4、对剪力墙的开洞进行科学的处理
在高层住宅的剪力墙结构中，除了需要设置门窗洞外，还需要根据实际的方案和结构对结构洞进行调整。站在结构受力合理性的角度来看，要对结构洞进行合理的设置，尽可能降低墙肢长度之间的差异性，保证各片剪力墙可以均匀分配地震作用，并注意控制各墙肢轴压比，使各墙肢轴压比在竖向荷载作用下尽量靠近相应结构抗震等级轴压比限值，如此可避免通过连梁或框架梁来调整各墙肢端轴向变形差，使梁配筋量增大，甚至配筋困难。站在优化设计的角度来说，为了将剪力墙的作用充分发挥出来，要尽量降低结构洞的数量，尽可能设置成长墙。
三、高层建筑剪力墙结构设计优化
剪力墙结构是高层建筑最普遍使用的一种建筑结构，因为该结构能够有效的提高高层建筑的抗震性能，但是在使用该结构的过程中，要对设计方案进行不断地优化，这样才能将该结构的性能发挥最佳，在进行设计优化的过程中，可以从以下几方面入手：
首先，在高层建筑中，剪力墙结构的布置方式比较固定，概括起来只有两种布置方式，一种是沿着主轴的方向；另一种是如果沿着其他方向，切记要双向布置，之所以这样布置主要是因为双向布置能够形成非常恰当的空间结构，尤其是因为剪力墙设计的主要目的是为了提高高层建筑的抗震性能，如果只是单向布置，建筑物两侧的受力就会出现不均衡的现象，其空间性能也不能充分的发挥出来。剪力墙结构与其他结构相比性能比较突出，主要其中在两点，一是抗侧刚度；二是承载力，但是该结构的自身重量却非常大，为了在布置时尽可能的减轻重量，并且时结构性能发挥的更好，在布置时不能要紧密，否则会适得其反。
其次，剪力墙结构在设计时，要注意截面尽量不要复杂，而且要保持规则的状态，与此同时，还要保证其竖向刚度要均匀，如果自身的刚度不平均，会影响受力结果，在设计门窗洞口时，一定要注意使其处于上下对齐的状态，并且将其排成一列，这样剪力墙结构中的墙肢以及其他部位都能够十分明确显示出来，而且能够保证应力分布十分规则。在设计时要注意与使用的计算简图相吻合，这样设计出来的结果才能真实可靠。在设计优化过程中，剪力墙结构的洞口十分关键，尤其是在布置经常容易出现错洞现象，但是如果出现这种现象，就需要将设计剪力墙内配筋时要将其设计成框架的形式。
再次，如果高层建筑需要设计的剪力墙相对来说比较长，这时就需要将其看作是若干段，但是必须保证每一段的长度都相等，每一段都用弱连梁来连接。在分割的过程中，每段的高度与截面高度要控制在有一定的范围内，两者直接的比值不能超过2，一旦两者之间的比值过高，剪力墙就会出现剪切破坏的现象，这种现象正是由于两者比值过高，而剪力墙产生脆性引起的。在对进行抗震设计时，在洞口的地方如果没有特别要求就不要设计小墙肢，因为这个小墙肢严重影响剪力墙结构整体性能的发挥。
第四，在对该结构进行设计时，一定要注意对其进行事先的结构分析，这样才能真实的确定出剪力墙结构的各项指标，通过这些指标就能够确定剪力墙需要设计的具体厚度，在厚度确定之后，还要确定轴压比以及对剪力墙希望参数方面的要求，但是最重要的要求就是高厚比，因为高厚比直接决定了剪力墙设计方案是否符合高层建筑的要求，是否能够将其性能发挥最佳。剪力墙的高厚比必须在允许的范围之内，才能具有最好的效果。当然有些高层建筑对剪力墙的高厚比有着特别的要求，这时就需要参考其他文献，保证剪力墙的高厚比符合要求。
第五，剪力墙结构最大的特点就是在同一平面内，刚度以及承重力都非常大，但是如果超过这个平面结果则正好相反，所以设计优化的重点就是注意平面之外的弯矩，如果该弯矩能够控制在一定的范围之内，平面外的性能就会大大提高，如果其墙肢与其他平面的梁柱进行连接的情况，这时就需要采取一定的办法尽可能的降低梁端部弯矩对剪力墙结构的外作用力的影响。
四、结束语
综上所述，可知对高层建筑剪力墙结构进行设计优化非常重要，因为剪力墙结构在设计的过程中，难免会出现误差，如果没有优化环节，就会影响后期的使用，影响高层建筑的使用性能，有很多方式可以对其进行设计优化，其设计优化的内容也很多，无论哪一种只要达到相关要求即可。
参考文献：
[1]刘剑：《高层建筑剪力墙结构优化设计探讨》，《技术与市场》，2011年05期
[2]金海军：《基于高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计研究》，《价值工程》，2012年02期