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摘要：随着社会的发展与进步，重视高层建筑剪力墙结构优化设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍高层建筑剪力墙结构优化设计的有关内容。
关键词高层；结构；剪力墙；优化；设计；原则；措施；
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
引言
随着社会经济的迅速发展，安全、经济、适用是人们对建筑工程设计提出的三大要求，即高层建筑在保证安全的前提下，应尽可能满足住宅经济性、适用性，不影响市场销售情况和未来使用者的居住质量。因此，其在高层建筑结构设计中的应用也越来越多。而如何做好高层建筑剪力墙结构的优化设计是结构设计人员需不断探讨的难题。
一、高层建筑剪力墙结构的类型及特点
按照使用的材料区分，高层建筑剪力墻结构可采用砌体结构、混凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构等类型四种类型。
（1）砌体结构虽然具有取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但由于砌体是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差，现代高层建筑很少采用无筋砌体结构建造 在砌体内配置钢筋后，可大大的改善砌体的受力性能，使之用于建造地震区和非地
震区的中高层建筑成为可能
（2）混凝土结构具有取材容易、良好的耐久性和耐火性、承载能力大，刚度好、节约钢材、降低造价、可模性好以及能浇制成各种复杂的截面和形状等优点，现浇整体式混凝土结构还具有整体性好，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。混凝土结构布置灵活方便，可
组成各种结构受力体系，在高层建筑中得到了广泛的应用，特别是在我国和其他一些发展中国家，高层建筑主要以混凝土结构为主。
（3）钢结构具有材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便施工周期短、抗震性能好等优点，在高层建筑中也有着较广泛的应用。但由于高层建筑钢结构用钢量大，造价高，再加之因钢结构防火性能差，需要采取防火保护措施，增加了工程造价。钢结构的应用还受钢铁产量和造价的限制，在发达国家，高层建筑的结构类型主要以钢结构为主。近年来，随着我国国民经济的增强和钢产量的大幅度提高以及高层建筑建造高度的增加，采用钢结构的高层建筑也不断地增多 特别是对地基条件差或抗震要求高，而高度又较大的高层建筑，更适合采用钢结构。
（4）钢-混凝土组合结构或混合结构不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好等特点，同时还兼有混凝土结构刚度大、防火性能好、造价低的优点，因而被认为是一种较好的高层建筑结构形式，近年来在我国发展迅速。组合结构是将钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成（称为钢骨混凝土），或在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件（称为钢管混凝土）。如深圳的赛格广场大厦（76层，高292m）采用圆钢管混凝土柱，香港中心大厦（70 层，高 292m）。混合结构一般是指由钢筋混凝土或钢骨混凝土剪力墙（或筒体）以及钢框架组成的抗侧力体系。
二、在高层建筑中剪力墙结构设计优化的具体措施
剪力墙的设计优化可以从结构设计和结构计算两个方面进行。
其中针对高层建筑剪力墙设计方面的优化有剪力墙要沿主轴方向进行双向的设置；截肢面不宜过于复杂；针对比较长的剪力墙要进行合理的开洞口设计；控制好剪力墙平面外的弯矩；剪力墙在从上到下不过程中要避免刚性突变；做好结构分析的工作，对各种因素进行综合的分析。
而针对高层建筑剪力墙结构计算方面的优化要基于以下几点：满足露出最小剪力系数的调整原则；满足楼层间最大层间的最大位移和高比值的调整原则；满足以结构扭转为主的第一自振周期Tt和平动为主的自振周期T1之比的调整原则等。
以下是在高层建筑设计中关于剪力墙设计优化的一些具体实现。
（1）针对刚度、独立小墙肢的优化
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定要求，我们要严格做好墙肢轴压比以及配筋等的限制工作。在具体的设计中，我们可以通过合并洞口等方式来减少独立小墙肢，或者可以通过对剪力墙的合理布置使其变为墙体的翼缘，这样可以有效地改善其受力状态。
（2）高层建筑中转换层结构的设计的优化
建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求,在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要加设转换层进行转换处理。
由于高层建筑转换层的特点导致了我们在对其进行上下衔接的时候务必要处理好内力的传递，这就使得其结构较为复杂，需要我们在剪力墙结构优化设计的时候认真对待。
（3）对于剪力墙连梁设计的优化
在高层建筑中，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，针对连梁高跨比的不同，其截面受剪承受力也会有所不同。因此，我们设计中要对连梁做出塑性的调幅，达到减小低剪力设计值的目的。在设计中我们可以使用两种方法来实现：在计算内力之前先折减连梁的刚度；在计算以后把连梁弯矩与剪力的组合值和折减系数进行相乘。不论哪种方法，我们都要保证剪力值不小于使用值，否则在地震时容易出现裂缝。
（4）对底部加强部位设计的优化
在高层建筑的剪力墙结构中，底部加强部位的高度可以选取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强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1/10二者的较大值。
三、实例分析
3.1 工程概况
某工程为地下2 层，地上46 层，建筑的总高度为144.2m。建筑结构使用年限为50 年，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，地震分组为第三组，抗震设防类别为丙类,场地类别为II类；剪力墙的抗震等级为一级，结构安全等级为二级，基本风压为0.35Kn/㎡，地面粗糙度类别为B 类。外围剪力墙厚度: 层20 以下为400mm，层20～34 为300mm，层34 以上为250mm；内墙厚度: 层20 以下为350，300mm；层20～34 为250，200mm, 层34 以上为200mm。柱、墙混凝土强度等级: 层8 以下为C60, 层8～22为C50，层22～33 为C40，层33 以上为C30；梁、板混凝土强度等级均为C30。柱、墙主筋采用HRB335 级钢筋，梁、板采用HRB400 级钢筋，分布筋及箍筋采用HPB235，HRB335 级钢筋。使用荷载按规范取值，隔墙采用加气混凝土砌块(局部为页岩空心砖)；本工程为B 级高度建筑，属超限高层，施工图前对该项目进行了超限高层的专项审查，各项计算指标均能满足现行规范要求。针对超限情况，对底部加强区部分剪力墙及重要框架梁柱采用了中震不屈服设计。
3.2 经济指标
本工程基本遵循以上原则进行结构设计，混凝土用量为0.36m3/m2，钢筋用量见表1，从中可以看出，对于一个高度达144.2m 的B 级高度建筑且等效高宽比达9 的剪力墙结构来讲，其混凝土用量及用钢量指标还是较为经济的，并得到了业主的肯定。
3.3 经济分析
对本工程而言，各类结构构件钢筋用量占总用钢量的比例如下，加强区: 暗柱48.5%，墙身18.2%，墙总体66.7%，梁21.8%，板11.5%；非加强区: 暗柱32.7%，墙身20.5%，墙总体53.2%，梁30.6%，板16.2%。
从以上用钢量构成不难看出，在高层剪力墙结构建筑中，剪力墙钢筋用量占总用钢量的份额较大，其中又以暗柱钢筋表现突出，因此在设计中，设计人员应特别注意剪力墙的布置，减少不必要的暗柱设置，并且在构件(尤其是剪力墙)配筋设计中不要随意增加配筋量，因为其对用钢量极其敏感。
结束语
剪力墙结构的优化设计在高层建筑中起着非常重要的作用，我们在施工设计中应根据具体的要求，选择最合适的优化，这样才能有效地保证我们工作的开展。不过高层建筑中剪力墙结构的要求相比传统建筑要高的多，加之新的规范与标准，这些都会给我们的设计工作提出新的问题与挑战。所以，我们在剪力墙结构的优化设计中要多思考、多总结，不断学习先进的经验来充实自身，通过这些手段，我相信在不远的将来我们的设计水平必将上升到一个新的档次。
参考文献
1. JGJ3-2002，J186-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S]
2. GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S]
3.杜东升，王曙光，刘伟庆，章征涛，等.粘滞流体阻尼墙在高层结构减震中的研究与应用[J]，建筑结构学报，2010.
4.张昆鹏，郭浩勋，等.高层建筑悬臂剪力墙的承载力和延性设计分析[J].黄河水利职业技术学院学报，2010.
5.蔡俊坡，邹仁华，马力，等.基于抗震性能的框架—剪力墙结构优化设计[J].山西建筑，2010.
6.李宁，汪杰，吴敦军，等.高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计[J].江苏建筑，2010.
关键词高层；结构；剪力墙；优化；设计；原则；措施；
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
引言
随着社会经济的迅速发展，安全、经济、适用是人们对建筑工程设计提出的三大要求，即高层建筑在保证安全的前提下，应尽可能满足住宅经济性、适用性，不影响市场销售情况和未来使用者的居住质量。因此，其在高层建筑结构设计中的应用也越来越多。而如何做好高层建筑剪力墙结构的优化设计是结构设计人员需不断探讨的难题。
一、高层建筑剪力墙结构的类型及特点
按照使用的材料区分，高层建筑剪力墻结构可采用砌体结构、混凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构等类型四种类型。
（1）砌体结构虽然具有取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但由于砌体是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差，现代高层建筑很少采用无筋砌体结构建造 在砌体内配置钢筋后，可大大的改善砌体的受力性能，使之用于建造地震区和非地
震区的中高层建筑成为可能
（2）混凝土结构具有取材容易、良好的耐久性和耐火性、承载能力大，刚度好、节约钢材、降低造价、可模性好以及能浇制成各种复杂的截面和形状等优点，现浇整体式混凝土结构还具有整体性好，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。混凝土结构布置灵活方便，可
组成各种结构受力体系，在高层建筑中得到了广泛的应用，特别是在我国和其他一些发展中国家，高层建筑主要以混凝土结构为主。
（3）钢结构具有材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便施工周期短、抗震性能好等优点，在高层建筑中也有着较广泛的应用。但由于高层建筑钢结构用钢量大，造价高，再加之因钢结构防火性能差，需要采取防火保护措施，增加了工程造价。钢结构的应用还受钢铁产量和造价的限制，在发达国家，高层建筑的结构类型主要以钢结构为主。近年来，随着我国国民经济的增强和钢产量的大幅度提高以及高层建筑建造高度的增加，采用钢结构的高层建筑也不断地增多 特别是对地基条件差或抗震要求高，而高度又较大的高层建筑，更适合采用钢结构。
（4）钢-混凝土组合结构或混合结构不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好等特点，同时还兼有混凝土结构刚度大、防火性能好、造价低的优点，因而被认为是一种较好的高层建筑结构形式，近年来在我国发展迅速。组合结构是将钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成（称为钢骨混凝土），或在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件（称为钢管混凝土）。如深圳的赛格广场大厦（76层，高292m）采用圆钢管混凝土柱，香港中心大厦（70 层，高 292m）。混合结构一般是指由钢筋混凝土或钢骨混凝土剪力墙（或筒体）以及钢框架组成的抗侧力体系。
二、在高层建筑中剪力墙结构设计优化的具体措施
剪力墙的设计优化可以从结构设计和结构计算两个方面进行。
其中针对高层建筑剪力墙设计方面的优化有剪力墙要沿主轴方向进行双向的设置；截肢面不宜过于复杂；针对比较长的剪力墙要进行合理的开洞口设计；控制好剪力墙平面外的弯矩；剪力墙在从上到下不过程中要避免刚性突变；做好结构分析的工作，对各种因素进行综合的分析。
而针对高层建筑剪力墙结构计算方面的优化要基于以下几点：满足露出最小剪力系数的调整原则；满足楼层间最大层间的最大位移和高比值的调整原则；满足以结构扭转为主的第一自振周期Tt和平动为主的自振周期T1之比的调整原则等。
以下是在高层建筑设计中关于剪力墙设计优化的一些具体实现。
（1）针对刚度、独立小墙肢的优化
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定要求，我们要严格做好墙肢轴压比以及配筋等的限制工作。在具体的设计中，我们可以通过合并洞口等方式来减少独立小墙肢，或者可以通过对剪力墙的合理布置使其变为墙体的翼缘，这样可以有效地改善其受力状态。
（2）高层建筑中转换层结构的设计的优化
建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求,在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要加设转换层进行转换处理。
由于高层建筑转换层的特点导致了我们在对其进行上下衔接的时候务必要处理好内力的传递，这就使得其结构较为复杂，需要我们在剪力墙结构优化设计的时候认真对待。
（3）对于剪力墙连梁设计的优化
在高层建筑中，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，针对连梁高跨比的不同，其截面受剪承受力也会有所不同。因此，我们设计中要对连梁做出塑性的调幅，达到减小低剪力设计值的目的。在设计中我们可以使用两种方法来实现：在计算内力之前先折减连梁的刚度；在计算以后把连梁弯矩与剪力的组合值和折减系数进行相乘。不论哪种方法，我们都要保证剪力值不小于使用值，否则在地震时容易出现裂缝。
（4）对底部加强部位设计的优化
在高层建筑的剪力墙结构中，底部加强部位的高度可以选取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强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1/10二者的较大值。
三、实例分析
3.1 工程概况
某工程为地下2 层，地上46 层，建筑的总高度为144.2m。建筑结构使用年限为50 年，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，地震分组为第三组，抗震设防类别为丙类,场地类别为II类；剪力墙的抗震等级为一级，结构安全等级为二级，基本风压为0.35Kn/㎡，地面粗糙度类别为B 类。外围剪力墙厚度: 层20 以下为400mm，层20～34 为300mm，层34 以上为250mm；内墙厚度: 层20 以下为350，300mm；层20～34 为250，200mm, 层34 以上为200mm。柱、墙混凝土强度等级: 层8 以下为C60, 层8～22为C50，层22～33 为C40，层33 以上为C30；梁、板混凝土强度等级均为C30。柱、墙主筋采用HRB335 级钢筋，梁、板采用HRB400 级钢筋，分布筋及箍筋采用HPB235，HRB335 级钢筋。使用荷载按规范取值，隔墙采用加气混凝土砌块(局部为页岩空心砖)；本工程为B 级高度建筑，属超限高层，施工图前对该项目进行了超限高层的专项审查，各项计算指标均能满足现行规范要求。针对超限情况，对底部加强区部分剪力墙及重要框架梁柱采用了中震不屈服设计。
3.2 经济指标
本工程基本遵循以上原则进行结构设计，混凝土用量为0.36m3/m2，钢筋用量见表1，从中可以看出，对于一个高度达144.2m 的B 级高度建筑且等效高宽比达9 的剪力墙结构来讲，其混凝土用量及用钢量指标还是较为经济的，并得到了业主的肯定。
3.3 经济分析
对本工程而言，各类结构构件钢筋用量占总用钢量的比例如下，加强区: 暗柱48.5%，墙身18.2%，墙总体66.7%，梁21.8%，板11.5%；非加强区: 暗柱32.7%，墙身20.5%，墙总体53.2%，梁30.6%，板16.2%。
从以上用钢量构成不难看出，在高层剪力墙结构建筑中，剪力墙钢筋用量占总用钢量的份额较大，其中又以暗柱钢筋表现突出，因此在设计中，设计人员应特别注意剪力墙的布置，减少不必要的暗柱设置，并且在构件(尤其是剪力墙)配筋设计中不要随意增加配筋量，因为其对用钢量极其敏感。
结束语
剪力墙结构的优化设计在高层建筑中起着非常重要的作用，我们在施工设计中应根据具体的要求，选择最合适的优化，这样才能有效地保证我们工作的开展。不过高层建筑中剪力墙结构的要求相比传统建筑要高的多，加之新的规范与标准，这些都会给我们的设计工作提出新的问题与挑战。所以，我们在剪力墙结构的优化设计中要多思考、多总结，不断学习先进的经验来充实自身，通过这些手段，我相信在不远的将来我们的设计水平必将上升到一个新的档次。
参考文献
1. JGJ3-2002，J186-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S]
2. GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S]
3.杜东升，王曙光，刘伟庆，章征涛，等.粘滞流体阻尼墙在高层结构减震中的研究与应用[J]，建筑结构学报，2010.
4.张昆鹏，郭浩勋，等.高层建筑悬臂剪力墙的承载力和延性设计分析[J].黄河水利职业技术学院学报，2010.
5.蔡俊坡，邹仁华，马力，等.基于抗震性能的框架—剪力墙结构优化设计[J].山西建筑，2010.
6.李宁，汪杰，吴敦军，等.高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙住宅结构设计[J].江苏建筑，2010.