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摘要: 高层住宅建筑剪力墙结构优化的设计方案能提高结构的性能、增大使用空间、降低成本的造价、缩短工程施工工期，符合当前节约能源，保护环境的可持续发展观。本文就剪力墙设计中概念重要性、剪力墙结构的效能、墙体设置原则及剪力墙结构设计优化进行阐述。
关键词: 结构设计；剪力墙；设计优化
中图分类号：TU318文献标识码： A
0前言
近年来, 我国城市高层建筑的不断发展, 不同设计类型的大楼拔地而起, 高层建筑的崛起是我国城市化发展的标志。建筑高度的不断增加,使得建筑类型和功能设计越来越复杂, 结构体系越来越多样化,在这些高层住宅中剪力墙结构被广泛的应用起来。因此,如何优化剪力墙结构设计,从而使建筑更加安全,合理和经济成为当前建筑行业备受关注的问题。但是,目前的高层住宅结构设计大多是根据已经确定好的平面和竖向布置,先设定好构件尺寸,再通过计算,在计算过程中仅对个别超限构件进行调整,便最终形成設计结果。至于整体结构方案是否完善,构件尺寸是否合理,则没有详细考虑，很多时候会产生不必要的浪费，甚至会有很大的安全隐患。
1 关于高层住宅剪力墙结构设计的概述
1.1 高层住宅结构设定意义
高层规定一般十层及十层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其它民用建筑称为高层建筑,由于高层建筑的投入比较大, 施工期也比较长,所以要格外注意建筑的质量和安全问题,确保建筑可以正确使用。高层建筑结构应注重概念设计,重视结构的选型和平面,立面布置的规则性,加强构造措施,择优选用抗震和抗风性能较好且经济合理的结构体系,比如框架结构,框架剪力墙结构, 剪力墙结构,筒体结构等等。而近年来, 剪力墙结构在高层住宅中运用的越来越广泛。
1.2剪力墙的概念和结构效能
当房屋层数更多或高宽比更大时, 骨架式框架结构的梁, 柱截面将增大到不经济甚至不合理的地步。因为框架结构在水平荷载作用下表现出“抗侧力刚度小,水平位移大”的柔性特点,框架对水平荷载的动力反应特别敏感,故风荷载或地震作用成为高层房屋设计中的决定因素。因此, 当房屋向更高层发展时, 解决问题的正规途径，应该是对高层建筑从提高抗侧力刚度方面着手，而提高抗测力刚度有效措施，就是在房屋中设置一些剪力墙。
层数很多的框架，意味着房屋的高宽比很大。这时，水平荷载对框架的威胁很严重不仅使到框架的弯矩会加大，而且柱子负担的轴向力和剪力也很大，尤其是底层柱子的轴向力和剪力更是大和惊人。从力的平衡关系看，因为房屋很高，水平荷载产生的倾覆力也将很大，柱子要抵抗这各倾覆力也就很吃力，柱子已很有限的截面尺寸去承担那么大的轴向力和剪力就显得不容易，见图1。
剪力墙，即为刚度较大的，一般是钢筋混凝土的墙片。此墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。由于深梁的抗弯惯性矩大，其抗侧刚度比框架柱大大提高，抗剪强度也大的多。这种墙可为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度，所以一般称这种墙片为“抗剪墙”。
(a)计算简图 (b)竖向荷载内力下的作用图
(c)左向水平荷载作用下的内力图
图1 框架在水平荷载作用下的内力图
2 高层住宅剪力墙设计要点分析
(1)高层建筑中自重等一些竖向负荷很多,足以使柱产生很大的轴向变形, 这样就会对连续梁弯矩产生很大的影响。同时也会对构件的侧 移的剪力有所影响,导致结构设计也不安全。
(2)高层建筑结构设计的重要指标是结构延性。高层建筑结构在地 震时变形比低层建筑变形更大。为了防止高层建筑的倒塌, 要具有比较强的变形能力, 要保持结构的足够延性。
(3)高层建筑剪力墙结构设计的关键因素是侧移。水平荷载的侧移变形是随着建筑高度的不断增加而增大的, 所以侧移应该控制在有规范规定的限度内。
（4）高层建筑剪力墙结构设计决定性因素是水平荷载。因为结构是由竖向负载产生的弯矩和轴力的大小, 只和建筑高度一次方成正比; 而水平荷载产生的倾覆力矩和竖构件里产生的轴力,和建筑高度两次方成正比; 还有一般建筑的竖向荷载都是定值,而地震作用和风荷载等一些水平载荷数值是随着结构动力的特性不同, 而有不同的幅度变化。
3 高层住宅剪力墙结构设计方面的优化
(1)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，形成空间结构; 抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，以使其具有较好的空间工作性能。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使其结构具有适宜的侧向刚度。
(2)剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用的计算简图较为符合，设计结果安全可靠。
宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，当剪力墙的洞口布置出现错洞、叠合错洞时，墙内配筋应构成框架形式。
(3)较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，以避免剪力墙产生脆性的剪切破坏。抗震设计时，应尽量避免在洞口与墙边或在两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度之比小于4的小墙肢。当小墙肢截面的高度小于墙厚的4倍时，应按框架柱设计箍筋按框架柱加密区要求全高加密。
(4)剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大，而平面外刚度及承载力都相对很小，应控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。
(5)剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响，剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变; 允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向高度沿高度逐渐减小。剪力墙沿高度不连续，将造成结构沿高度刚度突变，对结构抗震不利。
（6)在进行剪力墙设计时，应通过结构分析，在满足最大层间位移、周期比、位移比的各项指标确定每层剪力墙的厚度时，同时考虑不同抗震等级轴压比的影响及稳定性和相关构造要求。对于普通的住宅建筑在7度和8度地区，墙厚大多数情况下是按稳定和构造要求所控制的。
4 结语
综上所述, 高层住宅剪力墙结构已成为目前我国高层住宅普遍使用的结构形式, 因此, 优化髙层住宅剪力墙结构设计对于保证高层住宅安全有着重大意义。因此, 高层住宅的剪力墙结构设计应坚持概念设计, 以承载力, 刚度的延性为主导目标, 实施多道防线, 刚柔结合的基本理念;只有这样才能真正设计出安全,合理, 经济的结构。
参考文献
［1］GB50011－2010，建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社， 2010．
［2］JGJ3－2002，高层建筑混凝土结构技术规程.中国建筑工业出版社，2002．
［3］沈蒲生.高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，2006．
关键词: 结构设计；剪力墙；设计优化
中图分类号：TU318文献标识码： A
0前言
近年来, 我国城市高层建筑的不断发展, 不同设计类型的大楼拔地而起, 高层建筑的崛起是我国城市化发展的标志。建筑高度的不断增加,使得建筑类型和功能设计越来越复杂, 结构体系越来越多样化,在这些高层住宅中剪力墙结构被广泛的应用起来。因此,如何优化剪力墙结构设计,从而使建筑更加安全,合理和经济成为当前建筑行业备受关注的问题。但是,目前的高层住宅结构设计大多是根据已经确定好的平面和竖向布置,先设定好构件尺寸,再通过计算,在计算过程中仅对个别超限构件进行调整,便最终形成設计结果。至于整体结构方案是否完善,构件尺寸是否合理,则没有详细考虑，很多时候会产生不必要的浪费，甚至会有很大的安全隐患。
1 关于高层住宅剪力墙结构设计的概述
1.1 高层住宅结构设定意义
高层规定一般十层及十层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其它民用建筑称为高层建筑,由于高层建筑的投入比较大, 施工期也比较长,所以要格外注意建筑的质量和安全问题,确保建筑可以正确使用。高层建筑结构应注重概念设计,重视结构的选型和平面,立面布置的规则性,加强构造措施,择优选用抗震和抗风性能较好且经济合理的结构体系,比如框架结构,框架剪力墙结构, 剪力墙结构,筒体结构等等。而近年来, 剪力墙结构在高层住宅中运用的越来越广泛。
1.2剪力墙的概念和结构效能
当房屋层数更多或高宽比更大时, 骨架式框架结构的梁, 柱截面将增大到不经济甚至不合理的地步。因为框架结构在水平荷载作用下表现出“抗侧力刚度小,水平位移大”的柔性特点,框架对水平荷载的动力反应特别敏感,故风荷载或地震作用成为高层房屋设计中的决定因素。因此, 当房屋向更高层发展时, 解决问题的正规途径，应该是对高层建筑从提高抗侧力刚度方面着手，而提高抗测力刚度有效措施，就是在房屋中设置一些剪力墙。
层数很多的框架，意味着房屋的高宽比很大。这时，水平荷载对框架的威胁很严重不仅使到框架的弯矩会加大，而且柱子负担的轴向力和剪力也很大，尤其是底层柱子的轴向力和剪力更是大和惊人。从力的平衡关系看，因为房屋很高，水平荷载产生的倾覆力也将很大，柱子要抵抗这各倾覆力也就很吃力，柱子已很有限的截面尺寸去承担那么大的轴向力和剪力就显得不容易，见图1。
剪力墙，即为刚度较大的，一般是钢筋混凝土的墙片。此墙片在水平力作用下的工作犹如悬臂的深梁。由于深梁的抗弯惯性矩大，其抗侧刚度比框架柱大大提高，抗剪强度也大的多。这种墙可为整个房屋提供很大的抗剪强度和刚度，所以一般称这种墙片为“抗剪墙”。
(a)计算简图 (b)竖向荷载内力下的作用图
(c)左向水平荷载作用下的内力图
图1 框架在水平荷载作用下的内力图
2 高层住宅剪力墙设计要点分析
(1)高层建筑中自重等一些竖向负荷很多,足以使柱产生很大的轴向变形, 这样就会对连续梁弯矩产生很大的影响。同时也会对构件的侧 移的剪力有所影响,导致结构设计也不安全。
(2)高层建筑结构设计的重要指标是结构延性。高层建筑结构在地 震时变形比低层建筑变形更大。为了防止高层建筑的倒塌, 要具有比较强的变形能力, 要保持结构的足够延性。
(3)高层建筑剪力墙结构设计的关键因素是侧移。水平荷载的侧移变形是随着建筑高度的不断增加而增大的, 所以侧移应该控制在有规范规定的限度内。
（4）高层建筑剪力墙结构设计决定性因素是水平荷载。因为结构是由竖向负载产生的弯矩和轴力的大小, 只和建筑高度一次方成正比; 而水平荷载产生的倾覆力矩和竖构件里产生的轴力,和建筑高度两次方成正比; 还有一般建筑的竖向荷载都是定值,而地震作用和风荷载等一些水平载荷数值是随着结构动力的特性不同, 而有不同的幅度变化。
3 高层住宅剪力墙结构设计方面的优化
(1)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，形成空间结构; 抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，以使其具有较好的空间工作性能。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使其结构具有适宜的侧向刚度。
(2)剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用的计算简图较为符合，设计结果安全可靠。
宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，当剪力墙的洞口布置出现错洞、叠合错洞时，墙内配筋应构成框架形式。
(3)较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，以避免剪力墙产生脆性的剪切破坏。抗震设计时，应尽量避免在洞口与墙边或在两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度之比小于4的小墙肢。当小墙肢截面的高度小于墙厚的4倍时，应按框架柱设计箍筋按框架柱加密区要求全高加密。
(4)剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大，而平面外刚度及承载力都相对很小，应控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。
(5)剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响，剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变; 允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向高度沿高度逐渐减小。剪力墙沿高度不连续，将造成结构沿高度刚度突变，对结构抗震不利。
（6)在进行剪力墙设计时，应通过结构分析，在满足最大层间位移、周期比、位移比的各项指标确定每层剪力墙的厚度时，同时考虑不同抗震等级轴压比的影响及稳定性和相关构造要求。对于普通的住宅建筑在7度和8度地区，墙厚大多数情况下是按稳定和构造要求所控制的。
4 结语
综上所述, 高层住宅剪力墙结构已成为目前我国高层住宅普遍使用的结构形式, 因此, 优化髙层住宅剪力墙结构设计对于保证高层住宅安全有着重大意义。因此, 高层住宅的剪力墙结构设计应坚持概念设计, 以承载力, 刚度的延性为主导目标, 实施多道防线, 刚柔结合的基本理念;只有这样才能真正设计出安全,合理, 经济的结构。
参考文献
［1］GB50011－2010，建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社， 2010．
［2］JGJ3－2002，高层建筑混凝土结构技术规程.中国建筑工业出版社，2002．
［3］沈蒲生.高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，2006．