郭娟1志杰2
1陕西省现代建筑设计研究院陕西西安710048；2天朗地产集团有限公司陕西西安710082
摘要：随着我国市场经济的快速发展，建筑行业也发展迅速。在城市建设的发展过程中，由于土地资源紧缺，高层建筑被广泛应用。剪力墙结构由于没有突出的柱、梁角，且受力合理，造价经济应用较多。但同一户型，不同的结构专业人员布置的剪力墙布置不尽相同，那种较优呢？因此在设计时，设计人员需要对其对比优化，以此保证设计方案合理可行，方便指导施工。基于此，本文就针对高层建筑结构概念设计与高层剪力墙结构的优化进行浅显的分析。
关键词：高层建筑；结构设计；概念设计；剪力墙结构优化
引言
高层建筑由于高度较高，结构受力复杂，不仅建筑本身竖向荷载较大，而且还要承受水平方向的风荷载和地震力。尤其是沿海地区的风荷载和地震力等水平荷载是建筑工程设计人员进行高层建筑结构设计过程中主要考虑的问题，因此要求高层建筑不仅要有抵抗竖向荷载的能力，而且要有一定的侧向刚度能抵抗地震和风荷载作用。
一、概念设计及其基本原则
（一）、概念设计
概念设计指的是不经数值计算，尤其是在没有在设计规范中明确规定或者无法进行精确的理论性分析状况时，综合分体系与整体结构体系的力学关系、结构破坏机理等，从宏观、整体地角度对建筑结构进行概念设计，主要是从建筑结构的整体方案入手，处理建筑结构在设计过程中经常出现的受力体系、结构构件延性等问题。
（二）、概念设计的基本原则
1、以提高建筑自身的刚度、强度和承载力为目标，应用刚柔并济、多道防线的理念进行结构设计。
2、针对建筑实际情况，建立最为简单直接、具有概念清晰的计算模型，直观地反映建筑结构的受力情况，确保传力途径简单直接，避兔复杂传力结构的出现。
3、确保建筑平面结构的正交抗侧力的刚度中心与建筑的受力中心或质量中心重合或接近，减小扭转效应，提高建筑结构的稳定性和可靠性。
二、高层建筑结构概念设计分析
（一）、平面和竖向设计
平面设计建筑总图结构专业一定不能忽视，因为这可能影响到基础及剪力墙布置，好比是不是贴建，是不是坡地建筑，地震力是否会被放大。若建筑距离较近，需要确定已建建筑的基本情况（结构形式、地下室层高、基础埋深等），有可能的排水方向，主楼的正负零和现有地坪的关系，是不是填土地基等。结构设计人员切不可仅根据平面图盲目布置剪力墙。
单体的建筑平面在满足户型要求的基础上，外墙能拉通尽量拉通，不要短墙不断错开布置，不利于增大结构外围墙体刚度。尽量不要把通高的大洞口、楼梯等布置在边跨。尤其是楼梯作为火灾和地震人员疏散的主要逃生通道，应尽可能避免设置在边跨。高烈度区的户型布置尽量做到横平竖直、规则对称、长宽方向比例合适、洞口的面积不要大于大于外墙面积的50%等，保证传力路径简单直接。
竖向体型宜规则、均匀、避免有较大的悬挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。
（二）、剖面设计
建筑剖面设计主要解决层高（净高）、室内外高差、垂直交通（楼梯的竖向布置）这三个问题。是建筑师对建筑物内部的处理，结构工程师能够在剖面图中得到更为准确的层高信息及局部地方的高低变化，剖面信息直接决定了剖切处梁相对于楼面标高的下沉或抬起，又或是错层梁，夹层梁，短柱等，对剖面的设计能直观的反应设计要点。高烈度地区尽量避免做错层结构，如果必须错层，则应该加强错层地方的构件刚度，以保证水平荷载能传至相邻的受力构件，不在错层位置造成损坏。
（三）、地基基础设计
对于高层建筑而言，地基基础的设计是尤为重要的，对于建筑整体的稳定性和安全性有着极为巨大的影响。结合概念设计理念，首先，必须提高基础的整体性。高层建筑由于高度高，对地震和风荷载比较敏感，对建筑物的基础埋深应满足地震作用下抗倾覆的要求。在进行结构设计时，应该选择整体性较好的设计方案，确保基础与结构主体、主裙楼之间之间有比较好的传力途径，以提高高层建筑的抗震性能和稳定性。在对地基基础进行设计时，要按照相应的建筑抗震标准进行，切实保证建筑的稳定和安全。最后，对于软土地基等基础，要在设计时对地基的不均匀沉降情况进行预估和分析，在设计方案中采取相应的预防和应对措施，切实保证设计方案的有效性和可靠性。
三、高层剪力墙结构的优化
（一）、高层建筑剪力墙结构设计原则
1、剪力墙的数量和刚度要合理
剪力墙是抗震设防的第二道防线，剪力墙刚度的大小是整个建筑物整体抗震的关键，适宜的刚度能保证在地震来临时，保持整体稳定性，抵抗地震水平力作用，避免过大的水平位移和振动。由于高层建筑重力较大，除了按照地震影响系数曲线确定结构的水平地震力外，规范还对最小剪重比做了要求，剪力墙布置的原则一般要间距均匀，双向布置。尽量在外围布置，以减小扭转，避免使用短肢剪力墙。
2、对墙肢长度的差异性进行控制
在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，刚度分布均匀，以使其具有较好的整体协调受力能力。在建筑布置方案时介入，要尽可能保证墙肢长度的一致性，避免过长或过短剪力墙，同时墙肢应尽量对齐，使传力途径简洁明了，受力均匀分布，从而使地震作用在剪力墙每个墙肢上分配均匀，不至于出现连续倒塌的隐患。
（二）、剪力墙结构设计的优化
1、剪力墙结构布置优化
对于剪力墙结构的设计，通过横向承重梁板与纵向墙柱交错排布形成建筑的承重体系。在进行剪力墙结构优化时，应当使剪力墙结构沿主轴方向或其他方向进行双向布置，形成空间结构，此时剪力墙结构能够从两个方向同时承受建筑物的重量，而且其两侧的刚度相当，便于发挥剪力墙结构在空间布置上的优越性。剪力墙结构的侧向刚度大，这一特性能够有效的保障建筑体的稳定性，因此在进行剪力墙结构设计时，应当最大限度的发挥剪力墙结构的这一特性，长墙肢疏间距要优于短墙肢密间距。假如墙肢两个主轴方向总长分别相同，则长墙肢疏间距的刚度要大于短墙肢密间距，而且对于建筑布置来说，假如下部为商业住房，则可以改善剪力墙结构空间较小的问题，加之规范目前对短肢墙肢配筋率的提高，在节省工程造价方面也有不小贡献。
2、剪力墙洞口设置
剪力墙的洞口连梁作为剪力墙结构设计的第一道防线，设置时需要做到洞口截面简单、规则，而且在墙体上的分布格局应当规则，形成明确墙肢和连梁，应当避免出现洞口分布不均、排不混乱的现象发生，否则会严重影响高层建筑的受力体系。对于长度较长的剪力墙结构，可通过设置洞口的方式将墙体分成均匀的墙段，在不同的墙段之间用连梁连接，加强墙体之间的稳定性。
3、剪力墙结构设计方案
由于高层建筑剪力墙结构的选择有多种方案，为了保证高层建筑结构的安全性，有效的减少工程成本，应该选择适宜的剪力墙结构方案。在高层建筑剪力墙结构设计和初步设计阶段，对高层建筑结构体系和相关构件的截面以及所应用的施工材料要进行合理的选择，确保高层建筑结构体系要与其它构件相匹配。选择出合适的高层建筑结构体系能够在设计方案阶段有效的控制工程的整体成本。对楼层数量较多的高层建筑应该应用传统的现浇剪力墙结构体系，就可以较好的解决结构较柔，结构顶点位移和层间位移较大等问题。
结束语
总而言之，在高层建筑不断增加，结构设计日益复杂的现在，从概念设计理念出发，对高层建筑进行结构设计，是建筑设计发展的必然趋势。同时，在建筑设计过程中，在考虑建筑使用功能布局更加美观合理的条件下，结构剪力墙应尽量布置在建筑外围，提高整体的抗侧刚度，减小扭转效应。使结构传力途径更简洁、明确、合理，并有效地节省了投资成本。
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