汪维
湖北建科国际工程有限公司，湖北 武汉430075
摘要：在城市建设发展过程中，随着城市用地日益紧张，高层建筑越来越多，如何进一步提升高层住宅建筑的整体质量成为当前建筑行业需要认真探索的问题。高层建筑工程建设其结构的稳定性非常重要，在建筑结构设计中，剪力墙结构的应用较为广泛，对于提高高层建筑整体结构的稳定性有很好的帮助。
关键词：高层住宅；结构；剪力墙设计
引言
高层住宅凭借其占地面积小、容量大、土地使用率高等优点，越来越受到政府的鼓励和开发商的青睐，高楼大厦已经成为高度城镇化的代名词。目前，使用钢筋和混凝土建造的剪力墙结构是主要的高层住宅设计形式，其具有承载力高、稳定性强、应用范围广等特点，然而，随着房地产市场的高速发展，越来越多的开发商对高层住宅的经济成本提出了更为严苛的要求，这就使得设计师必须采取更加有效的措施来减少钢筋混凝土用量的同时，还能保证建筑的承载能力和稳定性。因此，高层住宅剪力墙结构的优化设计、寻找更为合适的结构力学模型是当今高层住宅设计的重中之重。
1剪力墙结构形式特点
剪力墙又称抗震墙，该结构形式由于在承受外力的情况下所受侧向变形小，承载力大，延展性较好，因此其抗震性能相对于其他常规结构体系而言也更好一些。但是剪力墙结构在进行平面布置时会有一定局限性，其墙体间距较小，空间感受会显得稍微局促，因而广泛应用在高层住宅、酒店、公寓等建筑中，而公共建筑中应用较少。另外，剪力墙结构由于承受竖向力和水平力的能力较大，且侧向刚度大，因而建筑物建造的层数、高度要比框架结构更多、更高。由于剪力墙结构很少有梁、柱外露凸出部分，室内空间会显得更为简洁、宽敞，但剪力墙作为承重体系而不能进行拆改或破坏，对室内布局调整有一定的局限性。但随着短肢剪力墙结构的应用越来越广泛，室内布局改造的灵活性得到提高，但有试验研究表明，短肢剪力墙的布置是以降低整个结构受力性能为代价的，虽然降低幅度较小，但在设计中还需根据建筑物整体情况慎重选择。
2剪力墙结构设计要点
2.1注重分析结构受力点
首先，基于剪力墙结构形式特点，设计中必须注意剪力墙结构的延性设计，要采用相应的提高延性的措施，以增强结构抗倾覆和抗倒塌的能力。其次，高层建筑竖向设计必须对建筑结构承受荷载的基本情况予以明确，高层建筑受竖向荷载和水平荷载的影响较大，而剪力墙能对横向及竖向荷载进行协调和抵抗，即使在高强度的水平荷载作用下也可将其侧向位移量保持在合理范围内。
2.2结构布置要点
只有对剪力墙进行合理布局，才能更加有效发挥剪力墙结构的作用，因此要根据建筑结构特点及建筑使用功能对剪力墙进行合理的选型布置。在设计中，剪力墙应尽量布置在建筑物外围端部、转角、平面突出及荷载较大的位置，如山墙、电梯间等。在对剪力墙布置时要保证双向均匀，间距合理，为了减少地震作用下的扭转效应，应使建筑平面的质心和形心尽量重合。通过截面采用L、T型等组合墙形式，在布置时要尽量少用一字墙、短肢墙，以此达到剪力墙稳定性和延性的要求。
2.3剪力墙厚度设计要点
剪力墙结构墙厚设计与高层建筑稳定性设计相统一，设计人员要明确剪力墙厚度的规范要求，采用合适的厚度设计，墙厚大于300mm时，则需要在端部暗柱中间设置钢筋，并沿墙肢方向设置箍筋，以提高剪力墙稳定性、刚度和强度的要求。另外，为了给后期建筑施工带来便利，在设计墙的厚度时，应以结构层高来选取合适的剪力墙厚度；墙体厚度确定后要对剪力墙结构主要受力点进行明确，如受力点可以考虑剪力墙与剪力墙相交处及剪力墙与楼板交接处等；为了达到高层建筑结构的抗震要求，应以设防烈度、建筑层数及建筑高度来确定底部加强区，并应对底部加强部位按规范要求采取相应的结构加强措施，以此提高建筑整体结构的抗震性能，达到剪力墙结构的抗震效果。
3高层住宅结构剪力墙优化设计可能遇到的困难和挑战
3.1后期优化难度高
许多高层住宅初始设计不合理，例如剪力墙横向分布不对称、纵向分布错位等，导致建筑稳定性差、施工困难等问题，导致后期优化难度较高。
3.2设计周期短
快节奏的社会环境影响了生活的方方面面，在建筑设计行业中，越来越短的设计周期需要设计师具备一定的工作经验，更加考验设计师的创造力、耐心和体力，是当前高层住宅剪力墙设计优化改进所面临的挑战。
4高层住宅结构剪力墙优化设计改进方案
4.1优化剪力墙平面分布
合理的剪力墙平面分布可以提高建筑的稳定性，在抗风、抗震等方面有很大的意义。（1）保持剪力墙厚度及截面过渡平稳，可以保证受力变化平缓均匀，减少应力突变引起的建筑物不稳定；（2）减少剪力墙平面外弯矩，可以通过添加辅助翼墙、扶壁柱等增加墙体侧向支撑来缓解墙体所受平面外弯矩带来的不利影响；（3）保证剪力墙均匀对称分布于建筑外围及受力薄弱位置，以提高建筑的抗侧力、降低建筑的扭矩，提高结构的抗震能力；（4）根据不同建筑高度设计不同的剪力墙结构刚度，提高建筑物各方面的承载力。
4.2尽量使用长度合理的剪力墙
实际应用中，尽量减少短肢墙的使用不仅可以降低施工难度，而且可以充分利用剪力墙的抗侧力及抗压能力，并且，减少短肢墙的使用可以降低结构含钢量、节约建筑成本。
4.3合理设计剪力墙刚度分布
剪力墙的刚度分布对于高层建筑的抗扭转性和抗侧力十分重要，因此，应该尽量保证建筑外围刚度高、建筑中间刚度低。这样，增加建筑外围的剪力墙数量、降低建筑中心部位剪力墙数量，对提高结构的整体刚度、减小结构扭转起到很有利的作用。
4.4采用合理的剪力墙形状
形状复杂的剪力墙会造成传力不清晰，受力不明确、施工有困难等问题，因而在实际设计中应尽量减少使用，另外，一字型剪力墙抗震能力弱，缺乏侧向约束，平面外稳定性差，因此，在实际设计过程中，应该尽量采用合理的剪力墙形状，尽量使用L型或T型剪力墙保证墙体良好的稳定性、充分发挥钢筋的作用。
4.5优化剪力墙墙体配筋
钢筋是剪力墙结构的核心部分之一，也是剪力墙承重、抗弯、抗剪的重要材料，在进行高层住宅结构剪力墙优化时，应该重点考虑对墙体配筋的优化。
4.6采用高强度材料
钢筋混凝土是当今剪力墙结构的主要材料，但是其具有密度大、成本高等特点，在保证结构安全的前提下，可以增加对高强度钢筋及高强度混凝土的使用，以减少单位承载力所需要的材料数量、减小结构构件尺寸，此外，在隔墙等二次结构上适当采用轻质墙板等材料可以进一步减小建筑整体重量，这也是降低整个建筑成本的有效措施。
结束语
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，探讨高层住宅剪力墙结构设计优化是十分必要的。在剪力墙结构设计中，必须保证合理经济性及满足国家规范要求的抗风、抗震能力等安全性的基本原则，可以从优化剪力墙平面布置、提高剪力墙延性、尽量采用长度、厚度、形状、刚度都相对合理的剪力墙等方面进行优化设计。但是，目前高层住宅剪力墙结构优化还是面临着一些优化难度高、成本控制严、设计周期短等一系列问题，这就为建筑结构设计师的设计能力带来了很大的挑战。
参考文献
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