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摘要：随着现代工程技术的发展和对建筑模式的多样性需求，建筑物的种类、风格、高度和形式愈发多样，不同结构形式建筑物的受力情况、承重方案不同，特殊外力作用下，建筑物的构件易受到损害，乃至影响整个建筑的整体性安全，建筑剪力墙结构的应用，为建筑的发展提供了重要的技术支撑，多种结构形式的建筑物受力不均问题得到了有效解决，为有效发挥建筑剪力墙结构在工程建筑中的抗侧及抗压作用，对剪力墙结构的优化设计具有一定的必要性和现实意义。鉴于此，结合笔者多年工作经验，对建筑剪力墙结构设计优化策略研究提出了一些建议，以供参考。
关键词：建筑；剪力墙结构；设计优化；策略研究
引言
城市化进程的加快和人民生活水平的提高推动着建筑设计行业的进步和发展，高层住宅的出现有效解决了土地资源紧张、城市人口密集等问题，但随之而来的是对保障高层建筑稳定性和安全性的需求，因此，高层住宅结构剪力墙优化设计改进方案是十分有必要的。
1、剪力墙结构的概念
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构是建筑物的重要支撑结构，所承担的压力通常来自外界风荷载、地震等环境因素引发的水平荷载。剪力墙能够有效抵御外部因素带来的影响，提高建筑结构的安全性和稳定性。结合墙体开洞情况，一般可以将剪力墙划分为双肢剪力墙、多肢剪力墙、壁式框架剪力墙等。
2、高层住宅结构剪力墙设计基本原则
2.1保证合理的经济成本
实际工程设计过程中，必须采取合理的结构，减少不必要的成本浪费。例如剪力墙设计应尽可能处于水平或垂直平面，减少突起、拐弯等情况，建筑平面的长度和宽度也应在合理的范围内，降低施工困难度，从而降低施工成本。不规则的剪力墙设计不仅会增加施工成本，也会带来质量检测成本的提高，建筑后续的优化和修缮措施成本也会显著增多。因此，控制经济成本是结构剪力墙设计的原则之一，标准化规范化设计是保证合理经济成本的关键。
2.2保证合理的设计基本布局
合理的布局便于施工，并且是保证建筑结构稳定的关键。主要有以下3个基本标准：首先，保证剪力墙的走向与高层建筑轴线平行或垂直，并且需要保证墙体四周抗侧移能力相近，保证建筑结构的抗地震能力；其次，应保证剪力墙在垂直方向的分布均匀，随着楼层的升高需要调整剪力墙的分布位置及其厚度，避免出现承载能力突变造成楼体坍塌；最后，应尽量采用一般剪力墙，尽量避免短肢剪力墙，形成刚度合理的抵抗外界作用的稳定体系。
3、建筑剪力墙结构设计优化策略研究
3.1开展有效的高层住宅剪力墙抗震设计优化
笔者设计的一个住宅单体工程，建筑面积5482.5m2，地下2层，地上11层，带阁楼，建筑物总体高度38.1m。该工程的高层住宅抗震设计烈度为8度，整体建筑安全等级为二级，剪力墙抗震等级确定为二级，同时采取相应的二级抗震构造措施，抗震设防类别为丙类建筑。具体的抗震设计方案如下：
①振型数相关要求
在实际的高层住宅剪力墙结构设计优化过程中，为了确保抗震设计要求，振型的相关质量需要超出总质量的90%。振型数主要由结构形式以及层数进行决定，当建筑整体刚度有较大变化或建筑结构本身拥有较大刚度时，需要取最大振型数3N（N为建筑层数）。
②梁刚度的折减
针对该高层住宅剪力墙设计，其结构中连梁属于一类耗能型建筑构件，在设计优化过程中应避免盲目剪切破坏导致整体的结构延性下降。因此，设计人员根据实际的强剪弱弯原则对连梁高度进行计算，同时对连梁高度进行一程度的降低。针对在地震作用下连梁开裂后的刚度情况，需要对其做适当折减，本工程在地震作用下计算时，刚度折减系数取0.5。在重力荷载、风荷载作用下计算时，结构处于弹性阶段，连梁刚度不折减。
③震构造的重要设计参数
如下图1所示，针对高层住宅剪力墙的底部加强部位，需要对其剪力设计值进行调整，将剪力调整系数一级取值为1.6，二级取值为1.4，三级取值1.2。其他各层，二、三级不调整，一级时调整系数为1.3。除此之外，结合高层住宅剪力墙结构设计优化原则，确保整体短肢剪力墙的截面厚度在200mm以上。同时在对抗震结构进行优化时，确保底部边缘构件配筋率≥1.0%，其余构造边缘构件配筋率≥0.6%，并按规范配置箍筋。
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3.2基于工程需要，设置墙宽、墙高，体现受力情况
建筑剪力墙的设计是否合理，重点在于剪力墙宽、墙长的设置，一般要求墙厚布置与填充墙同宽。在以往建筑工程建设案例，剪力墙容易出现肢较长、厚度小的情况，此种情形下的剪力墙结构会出现受力不均匀，影响整体结构的完整性和安全性。为确保构件厚度与肢长符合相应建筑标准和规范，当构件厚度与肢长比小于3时，应按框架柱的要求进行设计；构件厚度与肢长比大于3时，应按剪力墙的要求进行设计。只有基于遵从规范的前提下，进行剪力墙优化设计，才能使剪力墙的优化设计得到保障。同时，因剪力墙受到水平和竖向双重作用力的影响，在剪力墙设计思路的指定中应全面分析考虑不同力对剪力墙的作用。由于剪力墙刚度较大，且受到剪力与弯矩的双重影响，故其应具备一定的延续性。
3.3连梁设计的优化办法
①连梁刚度折减。连梁的跨高比较小，和连梁连接的墙肢则刚度较大，在水平力的影响下会产生较大的内力，连梁可能会产生裂缝，刚度也会降低。为此，在计算剪力墙整体结构时便需要折减连梁的刚度，高层建筑结构设计需要通过弹性刚度进行整体分析，但抗震设计中的剪力墙结构连梁刚度却比墙体小，所受的弯矩便相对较高，配筋也难以实现。一般情况下，设防裂度低的情况下可以尽量少折减，设防裂度较高时可以多折减，但折减系数不能低于0.5，避免对连梁承受荷载性能带来影响。②增加洞口宽度。降低连梁高度的同时提高洞口宽度，能够有效降低连梁刚度，并且因结构刚度的降低，地震作用也得到了控制。③增加剪力墙厚度。增加剪力墙厚度同时连梁的截面宽度亦随之增加，这不仅会提高结构的刚度，加强地震带来的内力，而且让连梁的宽度与承载力处于正比关系，若剪力墙厚度提高，在面对地震带来的内力时无法根据其厚度提高的比例分散给剪力墙，可能会导致连梁抗剪承载力超限等问题。因此，在实际设计中需要根据设计情况进行优化和解决，确保剪力墙的效果能够充分发挥，以提高建筑结构的稳定性。
结束语
综上所述，经计算分析，优化设计后，建筑抗震性能符合工程设计目标，工程造价整体变化幅度较小，使用面积保持不变或增加，未出现挤占室内面积的现象。结构布局更为合理，室内空间得到充分利用，满足业主对建筑结构优化预期目标要求。
参考文献：
[1]丁新建.房屋建筑结构优化设计研究[J].陕西建筑，2020（05）：8-10.
[2]张颖，肖帆.高层建筑框支-剪力墙结构设计优化策略探究[J].门窗，2019（23）：156.
[3]尹时博.高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略分析[J].住宅与房地产，2019（06）：101.
[4]尚超，韩萌.高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略[J].绿色环保建材，2018（10）：78+81.
[5]李新雨.建筑剪力墙结构设计优化策略探讨[J].门窗，2019（06）：117.