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摘要：在高层建筑剪力墙结构设计中，如何做到结构设计优化，使设计的整体结构分布更均匀、设计更合理是十分重要的课题。本文以某高层建筑设计为例，采取有效的方法来控制剪力墙结构的钢含量，阐述了高层建筑剪力墙结构优化设计与经济分析的策略，为人们提供这方面的参考经验。
关键词：高层建筑；剪力墙；优化设计
引言
随着我国经济的不断增长，建筑行业的快速发展，高层建筑的施工质量问题越来越引起了人们的重视。其中，剪力墙结构体系刚度大，整体性好，抵抗侧向变形能力强，抗震性能较好，在我国高层住宅、宾馆等居住性建筑中广泛使用。结构设计的目的是在保证建筑安全、技术可行、配合并促进建筑设计的前提下，以最经济的手段来实现建筑的预期效果。然而，国内不少设计单位人员繁忙、成本意识和各专业配合意识相对薄弱，大都做不到精细设计，使建筑结构有很大的优化设计的空间与余地。
1.工程概况
某高层住宅办公楼，地上为30 层公寓住宅，地下为两层地下车库，建筑总高度为95.8m，建筑长宽比为3.6，高宽比为2.7。该建筑经过论证最终采用剪力墙结构类型，由剪力墙结构来直接承受建筑物的水平以及竖向荷载。由于剪力墙结构其墙体全部由钢筋混凝土所构成，因此其自身平面内具有较大的抗侧刚度，能够有效地抵抗较大的水平侧向力。在水平荷载作用下，剪力墙结构将主要产生弯曲型的变形。以下将结合该项目来进一步探讨剪力墙结构的设计及其技术要点。
2.高层建筑剪力墙结构设计
2.1 剪力墙结构布置技巧
合理地剪力墙布置将决定剪力墙结构计算计算结果是否能满足规范要求，而且将决定着结构是否为最优结构体系，这一切又决定着结构的整体经济效益。
（1）对于一般剪力墙布置来说，其应当主要沿主轴方向布置，而针对巨型、L 形、T 形等建筑平面，则可采用沿两个轴线方向布置。在布置剪力墙时，应尽量避免出现只有单向有墙的情况，对内外剪力墙采取拉通对直设置。
（2）对于剪力墙的布置并不是剪力墙越多越好，合理地布置剪力墙数目是关键，同时还应当满足结构质量中心与刚度中心的重合，避免结构出现过大的扭转。这就要合理充分掌握剪力墙布置间距来体现。剪力墙布置间距适中将有助于发挥剪力墙抗侧力构件作用，而且还可以合理地增大结构的利用空间。对于剪力墙布置间距过少，则会导致结构的侧向刚度过大，造成结构的不经济性。
（3）对于剪力墙上难以避免的洞口，鉴于洞口大小、位置以及数量对高层建筑剪力墙的受力影响很大，因此对于剪力墙上的门窗洞口布置应当上下对齐，明确墙肢和连梁的位置，且刚度相差不大，应避免三个以上的洞口集中于同一个十字交叉墙附近。另外，由于剪力墙中的连梁刚度较弱，不宜将楼面主梁支承载在连梁上。对于本项目来说，本项目建筑用途为住宅公寓，抗震设防烈度为8 度，设计地震分组为一组，建筑场地类别为二类，设计基本地震加速度为0.20g，基本风压（50 年一遇）为0.65kN/㎡，地面粗糙度为A 类，结构设计合理使用年限为50 年，建筑结构安全等级为二级，结构抗震等级为二级，主楼地基基础设计等级为甲级。该建筑体型对住宅平面布置有利，对底部公共建筑设施也易于布置，经反复分析和试算，最终确定采用短肢剪力墙结构体系。
2.2 剪力墙结构设计要点
剪力墙作为一种具有较大刚度、整体性好、抗侧力好的结构类型，从工程实践表明，对于不合理的剪力墙结构设计将会造成结构成本的增加以及结构的不安全性。结合实践经验，笔者提出剪力墙结构设计中重要的几点设计要点如下：
（1）对于地震效果较大的情况下，单纯地提高剪力墙结构的抗侧刚度，这将造成基础以及剪力墙结构的成本增加。
（2）应合理布置剪力墙数量，过多的剪力墙数量将增加结构主体重量同时造成工程浪费。
（3）严格按照规范要求来进行剪力墙的构造配筋，配筋率的过低将会造成剪力墙结构延性较差。
（4）合理设计剪力墙的墙长及其墙厚，避免出现墙肢承载力得不到有效发挥。综上所述，对于剪力墙结构设计一方面要保证结构具有足够的抗侧刚度，同时还需兼顾结构成本的优化。
2.3 剪力墙结构的构造设计
对于剪力墙结构设计来说，不仅仅应满足结构的计算结果要求，同时还应满足规范的构造要求，构造要求对于保证剪力墙结构的延性等具有重要意义。本高层结构在构造设计上，根据《高规》规定，还应在结构设计时采取如下措施：
（1）除注明者外，剪力墙墙体水平钢筋放在外侧；墙体钢筋网之间设直径8@600x600 拉筋；剪力墙墙体水平钢筋不得代替暗柱箍筋的设置。当墙或墙的一个墙肢全长按暗柱设计时，则此墙或墙肢不再设墙体水平筋，配置暗柱箍筋即可。
（2）连梁应沿整个梁高设置侧面纵筋（腰筋）；除特殊标注外，连梁腰筋按墙体水平筋拉通。
（3）楼板内设备预埋管上方无板上部钢筋时，沿预埋管走向设置板面附加钢筋网带，钢筋网带取直径6@150x200，最外排预埋钢管中心至钢丝网带边缘水平距离150。
（4）当电梯基坑未落在结构底板（或基础）上，且基坑板下未设置实心柱墩延伸到结构底板（或基础）时，基坑厚度应不小于250mm；对于落地导轨，其每处支撑点各设置300x300x250（厚）的C30 钢筋混凝土垫块，罩面钢筋网直径12@100x100 且往下弯折至基坑板顶面。
（5）梁上部纵向钢筋水平方向的净距，不应小于30 和1.5d（d 为较大钢筋直径）；下部纵向钢筋水平方向的净距不应小于25 和d。下部纵向钢筋多于两层时，两层以上钢筋的水平中距比下面两层的中距离增大一倍。各层钢筋之间的竖向净间距取25 和d 之中的较大值。
（6）当上部墙柱伸入地面与土体接触、或其中一段墙柱临水时，无论其外表面是否设置了建筑防水层，墙柱迎水面、接触土体面的纵筋保护层应按上部结构的保护层厚度增加30（墙）、20（柱）。
3.剪力墙结构计算分析
对本工程剪力墙结构通过采取SATWE 有限元分析程序对结构的内力与位移进行分析，模型采用的设计主要荷载取值见表1 所示。
表1 楼、地面活荷载以及主要设备控制荷载标准值（kN/㎡）
对框架-剪力墙结构中跨高比较大的与柱墙相接梁以及某些连梁，该梁的重力作用效应比水平风或水平地震作用效应更加明显，此时需考虑梁刚度的折减，以控制正常使用时梁裂纹的发生和发展。另外，高层建筑楼层的侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻点层侧向刚度平均值的80%。经过采取一系列的计算，计算结果表明，本结构各项结果均应在正常范围之内，既满足规范要求，又符合以下三点规律：
（1）柱、剪力墙的轴力设计值均为压力。
（2）柱、剪力墙基本为构造配筋。
（3）梁基本无超筋，剪力墙、连梁均满足界面抗剪扭的要求。
4.结语
综上所述，剪力墙结构作为高层建筑中的主要形式之一，在高层住宅建筑中应用广泛。高层建筑剪力墙结构设计的主旨是发挥这种结构刚度大、美观等特点，且又能解决高建筑成本等问题。所以，掌握好剪力墙结构受力特点，把握好剪力墙结构设计的基本原则，建筑的结构设计就会更加安全、实用、可靠、经济。
参考文献：
[1] 王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2010年05期.
[2] 戴刘毅.高层建筑剪力墙结构优化设计分析[J].城市建筑，2014年02期
[3] 刘剑. 高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J]. 技术与市场. 2011（05）
摘要：在高层建筑剪力墙结构设计中，如何做到结构设计优化，使设计的整体结构分布更均匀、设计更合理是十分重要的课题。本文以某高层建筑设计为例，采取有效的方法来控制剪力墙结构的钢含量，阐述了高层建筑剪力墙结构优化设计与经济分析的策略，为人们提供这方面的参考经验。
关键词：高层建筑；剪力墙；优化设计
引言
随着我国经济的不断增长，建筑行业的快速发展，高层建筑的施工质量问题越来越引起了人们的重视。其中，剪力墙结构体系刚度大，整体性好，抵抗侧向变形能力强，抗震性能较好，在我国高层住宅、宾馆等居住性建筑中广泛使用。结构设计的目的是在保证建筑安全、技术可行、配合并促进建筑设计的前提下，以最经济的手段来实现建筑的预期效果。然而，国内不少设计单位人员繁忙、成本意识和各专业配合意识相对薄弱，大都做不到精细设计，使建筑结构有很大的优化设计的空间与余地。
1.工程概况
某高层住宅办公楼，地上为30 层公寓住宅，地下为两层地下车库，建筑总高度为95.8m，建筑长宽比为3.6，高宽比为2.7。该建筑经过论证最终采用剪力墙结构类型，由剪力墙结构来直接承受建筑物的水平以及竖向荷载。由于剪力墙结构其墙体全部由钢筋混凝土所构成，因此其自身平面内具有较大的抗侧刚度，能够有效地抵抗较大的水平侧向力。在水平荷载作用下，剪力墙结构将主要产生弯曲型的变形。以下将结合该项目来进一步探讨剪力墙结构的设计及其技术要点。
2.高层建筑剪力墙结构设计
2.1 剪力墙结构布置技巧
合理地剪力墙布置将决定剪力墙结构计算计算结果是否能满足规范要求，而且将决定着结构是否为最优结构体系，这一切又决定着结构的整体经济效益。
（1）对于一般剪力墙布置来说，其应当主要沿主轴方向布置，而针对巨型、L 形、T 形等建筑平面，则可采用沿两个轴线方向布置。在布置剪力墙时，应尽量避免出现只有单向有墙的情况，对内外剪力墙采取拉通对直设置。
（2）对于剪力墙的布置并不是剪力墙越多越好，合理地布置剪力墙数目是关键，同时还应当满足结构质量中心与刚度中心的重合，避免结构出现过大的扭转。这就要合理充分掌握剪力墙布置间距来体现。剪力墙布置间距适中将有助于发挥剪力墙抗侧力构件作用，而且还可以合理地增大结构的利用空间。对于剪力墙布置间距过少，则会导致结构的侧向刚度过大，造成结构的不经济性。
（3）对于剪力墙上难以避免的洞口，鉴于洞口大小、位置以及数量对高层建筑剪力墙的受力影响很大，因此对于剪力墙上的门窗洞口布置应当上下对齐，明确墙肢和连梁的位置，且刚度相差不大，应避免三个以上的洞口集中于同一个十字交叉墙附近。另外，由于剪力墙中的连梁刚度较弱，不宜将楼面主梁支承载在连梁上。对于本项目来说，本项目建筑用途为住宅公寓，抗震设防烈度为8 度，设计地震分组为一组，建筑场地类别为二类，设计基本地震加速度为0.20g，基本风压（50 年一遇）为0.65kN/㎡，地面粗糙度为A 类，结构设计合理使用年限为50 年，建筑结构安全等级为二级，结构抗震等级为二级，主楼地基基础设计等级为甲级。该建筑体型对住宅平面布置有利，对底部公共建筑设施也易于布置，经反复分析和试算，最终确定采用短肢剪力墙结构体系。
2.2 剪力墙结构设计要点
剪力墙作为一种具有较大刚度、整体性好、抗侧力好的结构类型，从工程实践表明，对于不合理的剪力墙结构设计将会造成结构成本的增加以及结构的不安全性。结合实践经验，笔者提出剪力墙结构设计中重要的几点设计要点如下：
（1）对于地震效果较大的情况下，单纯地提高剪力墙结构的抗侧刚度，这将造成基础以及剪力墙结构的成本增加。
（2）应合理布置剪力墙数量，过多的剪力墙数量将增加结构主体重量同时造成工程浪费。
（3）严格按照规范要求来进行剪力墙的构造配筋，配筋率的过低将会造成剪力墙结构延性较差。
（4）合理设计剪力墙的墙长及其墙厚，避免出现墙肢承载力得不到有效发挥。综上所述，对于剪力墙结构设计一方面要保证结构具有足够的抗侧刚度，同时还需兼顾结构成本的优化。
2.3 剪力墙结构的构造设计
对于剪力墙结构设计来说，不仅仅应满足结构的计算结果要求，同时还应满足规范的构造要求，构造要求对于保证剪力墙结构的延性等具有重要意义。本高层结构在构造设计上，根据《高规》规定，还应在结构设计时采取如下措施：
（1）除注明者外，剪力墙墙体水平钢筋放在外侧；墙体钢筋网之间设直径8@600x600 拉筋；剪力墙墙体水平钢筋不得代替暗柱箍筋的设置。当墙或墙的一个墙肢全长按暗柱设计时，则此墙或墙肢不再设墙体水平筋，配置暗柱箍筋即可。
（2）连梁应沿整个梁高设置侧面纵筋（腰筋）；除特殊标注外，连梁腰筋按墙体水平筋拉通。
（3）楼板内设备预埋管上方无板上部钢筋时，沿预埋管走向设置板面附加钢筋网带，钢筋网带取直径6@150x200，最外排预埋钢管中心至钢丝网带边缘水平距离150。
（4）当电梯基坑未落在结构底板（或基础）上，且基坑板下未设置实心柱墩延伸到结构底板（或基础）时，基坑厚度应不小于250mm；对于落地导轨，其每处支撑点各设置300x300x250（厚）的C30 钢筋混凝土垫块，罩面钢筋网直径12@100x100 且往下弯折至基坑板顶面。
（5）梁上部纵向钢筋水平方向的净距，不应小于30 和1.5d（d 为较大钢筋直径）；下部纵向钢筋水平方向的净距不应小于25 和d。下部纵向钢筋多于两层时，两层以上钢筋的水平中距比下面两层的中距离增大一倍。各层钢筋之间的竖向净间距取25 和d 之中的较大值。
（6）当上部墙柱伸入地面与土体接触、或其中一段墙柱临水时，无论其外表面是否设置了建筑防水层，墙柱迎水面、接触土体面的纵筋保护层应按上部结构的保护层厚度增加30（墙）、20（柱）。
3.剪力墙结构计算分析
对本工程剪力墙结构通过采取SATWE 有限元分析程序对结构的内力与位移进行分析，模型采用的设计主要荷载取值见表1 所示。
表1 楼、地面活荷载以及主要设备控制荷载标准值（kN/㎡）
对框架-剪力墙结构中跨高比较大的与柱墙相接梁以及某些连梁，该梁的重力作用效应比水平风或水平地震作用效应更加明显，此时需考虑梁刚度的折减，以控制正常使用时梁裂纹的发生和发展。另外，高层建筑楼层的侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻点层侧向刚度平均值的80%。经过采取一系列的计算，计算结果表明，本结构各项结果均应在正常范围之内，既满足规范要求，又符合以下三点规律：
（1）柱、剪力墙的轴力设计值均为压力。
（2）柱、剪力墙基本为构造配筋。
（3）梁基本无超筋，剪力墙、连梁均满足界面抗剪扭的要求。
4.结语
综上所述，剪力墙结构作为高层建筑中的主要形式之一，在高层住宅建筑中应用广泛。高层建筑剪力墙结构设计的主旨是发挥这种结构刚度大、美观等特点，且又能解决高建筑成本等问题。所以，掌握好剪力墙结构受力特点，把握好剪力墙结构设计的基本原则，建筑的结构设计就会更加安全、实用、可靠、经济。
参考文献：
[1] 王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2010年05期.
[2] 戴刘毅.高层建筑剪力墙结构优化设计分析[J].城市建筑，2014年02期
[3] 刘剑. 高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J]. 技术与市场. 2011（05）