曾雄源
深圳天安云谷投资发展有限公司 广东深圳 518000
摘要：在高层建筑当中，剪力墙结构的存在十分主要，是确保整体建筑牢固性的重要因素。而在对高层剪力墙结构展开设计工作期间，必须要确保其质量能够获得提升。基于此，本文将通过绿色建筑的视角，来对高层剪力墙结构的设计优化工作展开细致的探讨。
关键词：绿色建筑的；高层剪力墙；结构优化设计
引 言
剪力墙结构作为多种建筑墙体结构设计中较为常用的设计方式，其主要是将具有良好的牢固性以及凝固性的混凝土与钢筋结构作为基础内容，对建筑底层所进行的设计，此外还在建筑的上层设计了多层砌体的结构。而在结构中，上层多层砌体结构的设计施工也是整体环节中最为关键的内容，同时还需要确保其绿色环保型，这样才能促进建筑企业可持续地发展。
1 绿色建筑以及剪力墙的概念含义
（一）绿色建筑的概念含义
绿色建筑，指的就是在建筑工程在施工使用的期限内，最大限度节约资源，节能、节地、节水、节材、保护环境和减少污染，提供健康适用、高效使用，与自然和谐共生的建筑。尽最大可能地减少建筑施工对于资源和生态环境所产生的压力，力争实现对自然资源的有效节约。绿色建筑的室内布局十分合理，尽量减少使用合成材料，充分利用阳光，节省能源，为居住者创造一种接近自然的感觉。以人、建筑和自然环境的协调发展为目标，在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏，充分体现向大自然的索取和回报之间的平衡。基于绿色环保的建筑不仅能够满足人们对于居住需求的不断提高，还能够实现和自然生态环境和谐相处的优越性，绿色的环保理念不再简单要求人们生存环境中的绿色植有大量的增加，反而进一步要求了居住环境的无害，绿色建筑恰好完美地将生态友好和环境节约型的理念发挥到了极致。为了促进资源和环境的可持续发展，国家也花费了大量的精力和时间重视和关注着绿色建筑行业的发展和进步。
（二）剪力墙的概念含义
剪力墙结构从本质上来说就是普通的钢筋混凝土墙板结构。剪力墙结构不仅可以有效的承受多种竖向荷载，还能够对结构水平力进行有效的控制。当墙体处于建筑物中合适的位置时，它们能形成一种有效抵抗水平作用的结构体系，同时，又能起到对空间的分割作用。结构墙的高度一般与整个房屋的高度相等，自基础直至屋顶，高达几十米或100多米；其宽度则视建筑平面的布置而定，一般为几米到十几米。相对而言，它的厚度则很薄，一般仅为200~300mm，最小可达160mm。因此，结构墙在其墙身平面内的抗侧移刚度很大，而其墙身平面外刚度却很小，一般可以忽略不计。所以，建筑物上大部分的水平作用或水平剪力通常被分配到结构墙上，这也是剪力墙名称的由来。事实上，“剪力墙”更确切的名称应该是“结构墙”。风荷载和地震等外力作用要求剪力墙结构还要满足非弹性变形的重复效应以及耗能延性的要求，从而保证高层建筑的质量。
2 ?高层结构设计中剪力墙结构的种类
2.1 壁式框架剪力墙
对于壁式框架剪力墙而言，通常其洞口的尺寸会比洞内的尺寸要大，其连梁线的刚度要更强，在受力以后，剪力墙能够显现出剪切的状态。此种受力方式能够与框架结构相符。但是，此种剪力墙如果在高层建筑中应用，极容易造成反弯点的现象出现，同时，楼层中的反弯点也会突然出现改变。
2.2 截面剪力墙
对于截面剪力墙而言，洞口面积不超过15%，或是不开洞的墙体是其主要的特征。当截面剪力墙受力之后，容易造成弯曲、变形的情况出现，在整体上会出现悬壁的墙体，不会造成突变或是反弯点的状况出现。
2.3 双肢剪力墙与多肢剪力墙
洞口成列状分布、开口大，是多肢剪力墙、双肢剪力墙最为
明显的特征。
2.4 小开口剪力墙
通常对于小开口剪力墙而言，开口较小、开洞面积高于15%是其最为显著的特点。此种剪力墙在发生受力以后，会造成弯曲、变形的情况发生，对于整个墙体来讲，没有反弯点，但是在弯矩图的重心处，极容易造成突变的现象发生。
3 高层剪力墙结构设计的基本原则
3.1 较多使用一般的剪力墙
在优化高层剪力墙结构的过程中，应该尽可能的应用普通的剪力墙，从而降低短肢剪力墙与小墙肢的数量，设计中要要将结构竖向与水平向的刚度以及承载力进行合理的分布，这样能够保证剪力墙的墙肢截面要高于规范要求的8倍墙厚。同时，还要依照建筑平面的实际使用功能，将其设置为“L”型、“T”型的剪力墙，这样在提升其结构稳定性的同时，就能使其形成良好的侧向刚度。
3.2 合理设置剪力墙的数量与刚度
剪力墙为抗震设防的关键放线，其刚度是整体绿色高层建筑物抗震性能获得提升的重要因素，剪力墙不仅能够将竖向构件所传来的竖向荷载进行承担，同时也能够将地震或风力作用所传来的水平地震作用加以承担，对于剪力墙结构而言，应该具有合适的侧向刚度，对于剪力墙截面，需要简单、自下而上的设置，将刚度突变问题进行避免。在将相关标准加以满足的条件下，对剪力墙的均匀布置以及数量进行管控，确保剪力墙的间距，如此不仅能够将自重减轻，同时也能够将地震作用力进行分解。
3.3 有效控制墙肢长度的差异性
在剪力墙的结构中，剪力墙应该按照主轴方向以及其他方向双向布置，但需要避免进行单向的剪力墙的布置，还应该使两个受力方向的抗侧刚度相接近，刚度则能实现均匀分分布，提升其整体的协调受力能力。而在建筑的布置方案时，则要保证墙肢长度的一致性，这样能够避免其出现过长或者过短的剪力墙，在受力均匀分布的情况，则能够保证地震的作用被剪力墙合理的进行分配。
3.4 对剪力墙的开洞进行的处理
在高层住宅的剪力墙结构中，除了根据建筑功能设置门窗洞外，还需要根据实际的方案和结构，对结构洞进行调整。剪力墙整片不宜做太长，应进行开洞采用弱连梁进行连接，太长剪力墙刚度太大，吸收地震力大，若此墙体损坏了，对整体抗震性能影响太大，破坏力大。应分散布置墙体，保证各片剪力墙可以均匀分配地震作用，同时控制各墙肢轴压比，使各墙肢轴压比在竖向荷载作用下尽量靠近相应结构抗震等级轴压比限值，通过调整洞口的大小和连梁的高度来调整连梁配筋量，避免出现连梁超筋导致配筋困难。
3.4 提高钢筋及混凝土的强度等级
当前绿色建筑中，剪力墙结构的发展趋势便是在将质量进行确保的前提下，尽可能的选取高强度混凝土与钢筋，从而将结构的自重减轻，将地震作用减小，从而将混凝土与钢筋的用量减少，达成绿色建筑的节能环保需求。
4 基于绿色建筑的高层剪力墙结构优化设计途径具体如下：
（1）根据建筑要求、规范要求以及工程经验初步确定剪力墙的布置和数量、剪力墙的厚度及材料的强度等级。建立结构数值分析模型进行结构分析计算，分析结构体系的动力特性、变形特性和内力特性。
（2）对剪力墙的布置和数量进行初步优化设计，保留刚度变化处、楼梯间、电梯间的剪力墙，减少结构内部部分剪力墙的长度，增加结构周边一些带翼缘剪力墙的翼缘长度，把剪力墙墙肢尽量做成工字型、T字型，为了避免鞭梢效应第顶层电梯井不削弱。初步优化后进行结构分析计算，分析结构体系的抗震性能。
（3）对剪力墙厚度进行再次优化，根据计算结果在规范规定的范围内合理减少内部及周边部分墙特别是轴压比小的墙肢的厚度，再次优化后进行结构分析计算，分析结构体系的抗震性能。
（4）再次优化后可能会出现局部墙肢轴压比超限和部分连梁超筋问题，应通过合理优化剪力墙以及连梁的混凝土和钢筋的材料强度达到规范要求。经过多次调节计算至结构的各项抗震指标满足规范要求。
（5）进行结构体系碳排放量计算，确定结构体系碳排量小的方案为较优方案。较优方案就是基于绿色建筑的高层剪力墙结构优化后得到的最优设计方案。
5 优化高层建筑剪力墙结构设计的措施
5.1 注重转换层结构设计
①由于高转换刚度和较大的过渡层的质量增加，调整转换层本身，刚度上下比需要调整，这是必不可少的。转换层刚度和质量不宜过大，最终在水平力的作用通过精确的空间分析研究转换层附近的层间位移角基本一致。
②选择较低的刚度和重量的过渡层的结构，并计算出的振动模态的数目。
③通过分析可能存在的薄弱环节，对具体的内力分布特性进行研究，通过对内力和构件的调整，提高设计的薄弱部位的性能。
5.2 避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大
我国对于剪力墙的截面是有明文规定的，即独立的矩形墙肢的截面高度要在截面宽度的五倍以上。为了避免出现过大的独立墙体刚度等设计缺陷，一般会采用合并洞口的设计来消除过大的强度，也可以改变剪力墙的布局设计，将独立的小墙肢布局为墙体边缘处，然后配以适当的钢筋结构，这样就可以优化整体剪力墙的受力状态。剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙可以设计成延性剪力墙弯曲破坏，可避免脆性的剪切破坏。
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图1
5.3 控制剪力墙的厚度
剪力墙的抗震性能要满足建筑地点的地震预防需求，八级地震的预防就需要剪力墙的强度达到二级。厚度规范是为了防止墙外的平面刚度过小，稳定性差，偏心载荷就容易偏移。
5.4 优化连梁设计
对于剪力墙连梁设计，建筑相关规范也有明文规定。高跨比大于2.5、小于2.5的大跨截面剪力承载力和加固有不同的规定，在配筋上也有区别。为减少剪切设计值就需要有效地对连梁进行塑性调整。一般采用的方法有两种：①在内力计算中先对梁的刚度折减；②在内力计算时，结合梁弯矩和剪力值乘以折减系数。同时，我们要注意梁铰。
5.5 剪力墙底部加强部位的设计优化方法
高层建筑的自重是十分可观的，所以单凭剪力墙自身的承载能力，很难完全满足承重需要，这就需要对剪力墙的承重能力进行加强，通常可以在其底部设置加强墙。当然，设置加强墙会导致整个墙体的受力体系出现变化，就需要进行有效的优化设计。实际施工中，一般会有以下两种设计优化方法。①针对一般的剪力墙结构，在设计加强墙的时候，限制加强墙的高度，在总高度的1/8为好，高度确定后，可以根据受力计算出所需要的墙体厚度；②剪力墙的底部本身就有一些特殊结构，这时候就要在高度上进行更加精准地设计，还有在一些特殊情况下，为了加强剪力墙的约束力，需要优化边缘部件与底部固
定。
结束语
土地资源不断缩小的现况和社会对于生态环保理念的高度重视，推动我国的建筑发展进一步朝着绿色的方向发展，剪力墙结构的优化设计也在中间发挥了突出的作用。在时代发展的大背景下，处于对建筑安全性的考虑，必须要将具有强度高而且轻便优势的剪力墙更广泛的应用到绿色建筑的实际施工过程中去。但是剪力墙的应用还存在诸多的缺陷，还需要进一步的探讨分析，只有这样才能更进一步的推动建筑行业的发展。
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