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摘 要：高层剪力墙结构设计时应关注设计优化。本文从剪力墙结构的优化设计出发，分析设计中需注意的几个问题，最终提出高层建筑剪力墙结构设计优化措施。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计
Abstract: Pay attention to the design optimization of high-rise shear wall structure design. In this paper, the optimization design of shear wall structure of starting, analysis of several problems needing attention in design, finally put forward the optimization measures of shear wall structure design of high-rise building.
Key words: high-rise; shear wall structure; optimization design
中图分类号：TU2
1 剪力墙结构的优化设计
剪力墙结构一般承受水平力、竖向力的能力较大，横向刚度也大，可建造的建筑与框架结构相比层数更高、更多。因此，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，并与实际的工程背景相结合，对高层剪力墙结构的优化进行认真研究是有必要的。对于结构专业来说，好的设计应该是技术合理、安全可靠且经济指标要优良。剪力墙布置数量、位置及其层数与抗震强度等是优化设计的重要内容。
1.1 结构布置
剪力墙尽可能布置在结构周边外围护墙位置，在结构中部宜减少剪力墙的布置量，且各墙肢布置时应考虑如何减少边缘构件获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度。在布置剪力墙时，应考虑剪力墙连续转折及小墙垛布置对边缘构件的影响，在水平力的作用下，可以按照悬臂构件来计算整体墙的截面弯矩和剪力，剪力墙的布置数量及其组合形式与结构总体刚度关系密切。
1.2 洞口设置
对于小开口的整体墙，因洞口的影响，墙肢间不是直线应力分布，但偏离不大，在整体墙计算方法的基础上可加以修正，在对抗震设计时，尽可能避免在洞口与墙边或两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度的比要小于 4 的小墙肢。
1.3 剪力墙的构造措施
剪力墙的特点是平面外刚度及承载力相对很小，而平面内刚度及承重力大，因此剪力墙平面外的弯矩应有所控制；抗震墙结构应当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件，一般剪力墙墙体配筋要求是水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧；剪力墙顶部设置暗梁，以便连梁、框架梁纵筋及剪力墙竖向钢筋锚固，按构造要求配置纵筋和箍筋。
1.4 剪力墙结构方案的选择
在结构优化设计中，方案阶段的优化影响大约占到百分之七十，由此看来，在方案阶段应考虑结构形式的合理性与经济性，并使建筑功能与结构布置结合，对工程实施的顺利进行是有着重要作用的。合适的结构体系的选择，在方案阶段可以控制总体成本，对于层数较小的高层住宅（比如在 20 层以下），可采用短肢剪力墙结构体系，若 20 层以下的高层住宅采用现浇剪力墙结构设计，因各墙肢轴压比较小，墙体配筋为构造配筋，墙体承载能力就不能发挥出来，工程费用也相对有所提高，解决以上不足之处可采用短肢剪力墙结构；超过 20 层的建筑物结构最好还是采用传统的现浇剪力墙，如若采用短肢剪力墙体系，结构就会较柔，结构顶点位移和层间位移规范要求就不一定能够得到满足，底部剪力系数也偏低，就会造成不安全的结构。有时在采用传统的现浇剪力墙结构时，结构的刚度过大可以采用在墙肢上开孔，或者将窗台改成砖砌结构等措施进行调整。
2 剪力墙结构设计计算的原则
剪力墙结构刚度大，整体性好，水平荷载作用下侧向变形也小，剪力墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，梁进行框架剪力墙调整与不调整两次计算，有选择的进行配筋设计。剪力墙连梁的跨高比不应小于 2.5，否则很容易出现剪力和弯矩超过规范限值，调整后的连梁弯矩、剪力设计值不应低于使用状况值，也不应低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，否则会造成危险；剪切变形的控制以竖向构件的多少来决定，高层建筑应尽量减少扭转变形，但也不能只根据这些层间位移而不加分析地盲目增加竖向构件的刚度，在工程实际设计中，可能有些设计人员一看到某一方向层间位移的规范要求不能满足，就会不断地增加该项的侧向刚度；楼板在自身平面内的刚度可视为无限大，而在平面外的刚度很小，可以忽略；根据结构类型与受力情况，对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘，按墙肢在重力荷載代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求可分为约束边缘构件和构造进行设计。在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样不但可提高结构的侧向刚度，也能够大幅度提高结构的整体刚度；隔墙尽可能采用轻质墙体，以减轻荷载，较小地震作用，减低基础造价，高层或超高层剪力墙结构楼层连梁及框架梁内力及配筋随高度的变化较大，因此建议适当选择合并楼层数，这样可以节约用钢量。
3、设计中需注意的几个问题
（1）在运用软件进行计算机辅助设计时，应根据实际情况调整软件的各项参数及简化模型，使其最大限度地反映实际工程的情况，尽可能地使其计算结果与实际模型相一致。了解各参数的实际意义，合理设置各参数。对于整体性系数较大的短肢墙，应尽可能使其肢强系数小，这样的结构在水平反复荷载作用下耗能能力强；（2）工程设计不能盲目依赖计算机的计算结果，更不能因某一部分的计算结果有误差就全盘否定计算软件，只有在实践中逐步了解软件并在工作中避免其产生误差，这样才能使我们的设计更安全，更合理；（3）要充分利用梁、墙等构件可任意偏心布置的特点，尽可能避免近距离的轴线和节点，提高计算精度。如节点距离过近，可能会引起后面计算出错，同时应注意构件偏心布置时偏心不能太大，尤其不能跨节点或轴线；（4）SAT-WE 程序中，在各种抗震等级下，墙的内力放大系数均是隐含值，但作为设计者，应清楚这些系数的取值；（5）合理确定连梁和墙肢的强度，要确保连梁的屈服先于墙肢的屈服。和框架结构一样，短肢剪力墙的设计也要遵循强肢弱梁、强剪继弯的原则；（6）对由软件计算的结构进行合理分析与判断；（7）在进行短肢剪墙结构整体设计时，必须要重视概念设计，使房屋各项指标都满足“抗震规范”及“高层建筑混凝土结构技术规程”的要求。
4 高层建筑剪力墙结构设计优化其它措施
4.1 施工过程应注意的问题
在框架结构中框架梁及与框架柱相连的其他结构构件的受力筋都要锚入框架柱内并满足锚固长度；在一定条件下抗震墙本身可以具有较好的延性和耗能能力，但是这种延性和耗能能力需要靠剪力墙自身分布钢筋的合理配置才能实现；施工过程设置边缘构件目的是增加结构的延性和耗能能力以提高结构的抗震性能。
4.2 控制建筑结构成本的措施
暗柱、梁、板采用高强钢筋，以减少计算配筋量，墙体荷载可以扣除，明确建筑使用功能以确定活荷载，去掉不必要的荷载。配筋应以满足计算及规范建议的最小配筋率就可以，但是地下部分的墙体配筋应通过计算确定，框架和剪力墙共同承担外部荷载时，二者间为保持变形协调还存有相互的作用。
4.3 连梁优化设计
经过调整后的连梁应确保其弯矩、剪力设计值应不小于使用阶段实际值，也不应低于设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以防止在正常使用时而产生裂缝，影响结构安全。对于转换层结构设计，其本身的刚度与质量不宜过大，一般可通过水平力作用下精确的空间分析来检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。
5 结语
综上所述，高层剪力墙结构设计时应关注设计优化，通过调整概念设计理论、结构设计、结构计算设计原则及一系列合理的技术措施，才能保证高层建筑的安全、经济，满足全民的住房需求。
参考文献
[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(07)
[2] 王艳军. 高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑.2010(02)
[3] 吕瑞孝，姜剑虹 . 高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点 [J]. 科技信息，2011，(19).
[4] 刘剑. 高层建筑剪力墙结构优化探讨[J].技术与市场.2011(05)
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计
Abstract: Pay attention to the design optimization of high-rise shear wall structure design. In this paper, the optimization design of shear wall structure of starting, analysis of several problems needing attention in design, finally put forward the optimization measures of shear wall structure design of high-rise building.
Key words: high-rise; shear wall structure; optimization design
中图分类号：TU2
1 剪力墙结构的优化设计
剪力墙结构一般承受水平力、竖向力的能力较大，横向刚度也大，可建造的建筑与框架结构相比层数更高、更多。因此，设计剪力墙时，应根据各型墙体的特点，并与实际的工程背景相结合，对高层剪力墙结构的优化进行认真研究是有必要的。对于结构专业来说，好的设计应该是技术合理、安全可靠且经济指标要优良。剪力墙布置数量、位置及其层数与抗震强度等是优化设计的重要内容。
1.1 结构布置
剪力墙尽可能布置在结构周边外围护墙位置，在结构中部宜减少剪力墙的布置量，且各墙肢布置时应考虑如何减少边缘构件获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度。在布置剪力墙时，应考虑剪力墙连续转折及小墙垛布置对边缘构件的影响，在水平力的作用下，可以按照悬臂构件来计算整体墙的截面弯矩和剪力，剪力墙的布置数量及其组合形式与结构总体刚度关系密切。
1.2 洞口设置
对于小开口的整体墙，因洞口的影响，墙肢间不是直线应力分布，但偏离不大，在整体墙计算方法的基础上可加以修正，在对抗震设计时，尽可能避免在洞口与墙边或两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度的比要小于 4 的小墙肢。
1.3 剪力墙的构造措施
剪力墙的特点是平面外刚度及承载力相对很小，而平面内刚度及承重力大，因此剪力墙平面外的弯矩应有所控制；抗震墙结构应当满足墙肢轴压比限值界线值时可按规定设置构造边缘构件，一般剪力墙墙体配筋要求是水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧；剪力墙顶部设置暗梁，以便连梁、框架梁纵筋及剪力墙竖向钢筋锚固，按构造要求配置纵筋和箍筋。
1.4 剪力墙结构方案的选择
在结构优化设计中，方案阶段的优化影响大约占到百分之七十，由此看来，在方案阶段应考虑结构形式的合理性与经济性，并使建筑功能与结构布置结合，对工程实施的顺利进行是有着重要作用的。合适的结构体系的选择，在方案阶段可以控制总体成本，对于层数较小的高层住宅（比如在 20 层以下），可采用短肢剪力墙结构体系，若 20 层以下的高层住宅采用现浇剪力墙结构设计，因各墙肢轴压比较小，墙体配筋为构造配筋，墙体承载能力就不能发挥出来，工程费用也相对有所提高，解决以上不足之处可采用短肢剪力墙结构；超过 20 层的建筑物结构最好还是采用传统的现浇剪力墙，如若采用短肢剪力墙体系，结构就会较柔，结构顶点位移和层间位移规范要求就不一定能够得到满足，底部剪力系数也偏低，就会造成不安全的结构。有时在采用传统的现浇剪力墙结构时，结构的刚度过大可以采用在墙肢上开孔，或者将窗台改成砖砌结构等措施进行调整。
2 剪力墙结构设计计算的原则
剪力墙结构刚度大，整体性好，水平荷载作用下侧向变形也小，剪力墙的设计计算是考虑水平和竖向作用下进行结构整体分析，梁进行框架剪力墙调整与不调整两次计算，有选择的进行配筋设计。剪力墙连梁的跨高比不应小于 2.5，否则很容易出现剪力和弯矩超过规范限值，调整后的连梁弯矩、剪力设计值不应低于使用状况值，也不应低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，否则会造成危险；剪切变形的控制以竖向构件的多少来决定，高层建筑应尽量减少扭转变形，但也不能只根据这些层间位移而不加分析地盲目增加竖向构件的刚度，在工程实际设计中，可能有些设计人员一看到某一方向层间位移的规范要求不能满足，就会不断地增加该项的侧向刚度；楼板在自身平面内的刚度可视为无限大，而在平面外的刚度很小，可以忽略；根据结构类型与受力情况，对剪力墙两端及洞口两侧的加强边缘，按墙肢在重力荷載代表值作用下墙肢轴压比的界线及加强部位要求可分为约束边缘构件和构造进行设计。在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿建筑周边布置，降低结构中间构件的刚度，这样不但可提高结构的侧向刚度，也能够大幅度提高结构的整体刚度；隔墙尽可能采用轻质墙体，以减轻荷载，较小地震作用，减低基础造价，高层或超高层剪力墙结构楼层连梁及框架梁内力及配筋随高度的变化较大，因此建议适当选择合并楼层数，这样可以节约用钢量。
3、设计中需注意的几个问题
（1）在运用软件进行计算机辅助设计时，应根据实际情况调整软件的各项参数及简化模型，使其最大限度地反映实际工程的情况，尽可能地使其计算结果与实际模型相一致。了解各参数的实际意义，合理设置各参数。对于整体性系数较大的短肢墙，应尽可能使其肢强系数小，这样的结构在水平反复荷载作用下耗能能力强；（2）工程设计不能盲目依赖计算机的计算结果，更不能因某一部分的计算结果有误差就全盘否定计算软件，只有在实践中逐步了解软件并在工作中避免其产生误差，这样才能使我们的设计更安全，更合理；（3）要充分利用梁、墙等构件可任意偏心布置的特点，尽可能避免近距离的轴线和节点，提高计算精度。如节点距离过近，可能会引起后面计算出错，同时应注意构件偏心布置时偏心不能太大，尤其不能跨节点或轴线；（4）SAT-WE 程序中，在各种抗震等级下，墙的内力放大系数均是隐含值，但作为设计者，应清楚这些系数的取值；（5）合理确定连梁和墙肢的强度，要确保连梁的屈服先于墙肢的屈服。和框架结构一样，短肢剪力墙的设计也要遵循强肢弱梁、强剪继弯的原则；（6）对由软件计算的结构进行合理分析与判断；（7）在进行短肢剪墙结构整体设计时，必须要重视概念设计，使房屋各项指标都满足“抗震规范”及“高层建筑混凝土结构技术规程”的要求。
4 高层建筑剪力墙结构设计优化其它措施
4.1 施工过程应注意的问题
在框架结构中框架梁及与框架柱相连的其他结构构件的受力筋都要锚入框架柱内并满足锚固长度；在一定条件下抗震墙本身可以具有较好的延性和耗能能力，但是这种延性和耗能能力需要靠剪力墙自身分布钢筋的合理配置才能实现；施工过程设置边缘构件目的是增加结构的延性和耗能能力以提高结构的抗震性能。
4.2 控制建筑结构成本的措施
暗柱、梁、板采用高强钢筋，以减少计算配筋量，墙体荷载可以扣除，明确建筑使用功能以确定活荷载，去掉不必要的荷载。配筋应以满足计算及规范建议的最小配筋率就可以，但是地下部分的墙体配筋应通过计算确定，框架和剪力墙共同承担外部荷载时，二者间为保持变形协调还存有相互的作用。
4.3 连梁优化设计
经过调整后的连梁应确保其弯矩、剪力设计值应不小于使用阶段实际值，也不应低于设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，以防止在正常使用时而产生裂缝，影响结构安全。对于转换层结构设计，其本身的刚度与质量不宜过大，一般可通过水平力作用下精确的空间分析来检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。
5 结语
综上所述，高层剪力墙结构设计时应关注设计优化，通过调整概念设计理论、结构设计、结构计算设计原则及一系列合理的技术措施，才能保证高层建筑的安全、经济，满足全民的住房需求。
参考文献
[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(07)
[2] 王艳军. 高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑.2010(02)
[3] 吕瑞孝，姜剑虹 . 高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点 [J]. 科技信息，2011，(19).
[4] 刘剑. 高层建筑剪力墙结构优化探讨[J].技术与市场.2011(05)