哈尔滨工业大学建筑设计研究院 黑龙江哈尔滨 150090
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、高层和形式愈发多样和复杂，不同结构形式建筑物的受力情况、结构承重不同，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震、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。
关键词：高层建筑；框剪结构；设计优化
1高层住宅剪力墙结构设计概述
剪力墙结构指运用钢筋混凝土等现代化墙板替代传统框架结构中的梁柱部分，帮助提高高层住宅建筑物内部整体荷载能力，并提升结构的平衡控制效果。目前剪力墙结构设计被广泛应用在实际的土木建筑高层住宅施工中，促进建筑结构稳定性的提升。在建筑工程剪力墙的设计过程中，其主要承重力来源于剪力墙，剪力墙不仅能够对建筑竖直和水平方向的荷载力进行承载，还能对建筑内部空间规划起到一定的隔离效果。结合实际的建筑工程情况，剪力墙的高度在设计过程中需要与建筑内部高度相等。与其他建筑结构部位相比，一般剪力墙厚度较薄，最薄部位在16cm左右，这种特点能够为建筑结构内部提供更加多样化的空间范围和空间规划的可能性。
2剪力墙的构造与计算要求
剪力墙是由多层（一般是2层）钢筋网片用拉筋勾住，并在端部设置构造或约束边缘构件。剪力墙钢筋具体设置方式可在国标图集中查到，抗震规范对剪力墙的构造规定很多，相应的结构体系下对应许多不同的构造要求，如轴压比、最小配筋率、约束边缘构件的最小配箍率等，工程实践中也是关注的重点。剪力墙要满足各种工况下的承载力计算和水平荷载作用下的楼层位移计算。特别是剪力墙的稳定性验算在某些特殊部位是不可忽视的，如住宅剪刀梯外墙因开窗户形成的单片外墙、电梯井的外墙等部位。详细的规定和计算公式可在高规中查到。
3高层建筑剪力墙结构优化设计的具体策略
3.1合理控制轴压比
与普通建筑相比，高层住宅对于剪力墙轴压比的控制具有更高的要求。在具体的优化设计过程中，设计人员需要结合剪力墙的延展性，对剪力墙结构轴压比进行有效的计算，同时关注高层住宅结构布置的科学性，避免出现局部轴压比过大的情况。
3.2科学制定短肢剪力墙数目
为了提高高层住宅的结构设计优化水平，设计人员需要在我国相关高层建筑结构设计标准下进行优化工作。在设计前期，对整体的高层住宅剪力墙数目进行全面的分析，制定科学的规划。尤其针对剪力墙结构中的短肢剪力墙，需要根据不同高层住宅长度对短肢剪力墙长度进行提前性规划，减少墙体刚性。将普通剪力墙与短肢剪力墙进行有效的结合，从而全面提升高层住宅的安全性。
3.3筒体结构中的应用
筒体结构形式很独特，具有结构抗侧刚度大、整体性强、受力合理、使用灵活等许多优点，比较适合更高的高层建筑。特别是在B级高度房屋中应用广泛。筒体结构最常见的为框架–核心筒和筒中筒。一般高度不超过60m的框架–核心筒受力性能与框架–剪力墙十分接近，所以一般允许按照框架–剪力墙结构进行设计。高度超过60m的框架–核心筒，其受力性能有别于框架–剪力墙。此时也可按照两道抗震防线的理念进行设计。但剪力墙围合而成的核心筒的抗侧刚度要比框架–剪力墙中分散设置的剪力墙的抗侧刚度大很多，框架–核心筒的二道防线设计也有别于框架–剪力墙。特别是框架部分承担的地震剪力标准值的最大值与结构底部总地震剪力标准的比值不到10%时，提高框架作为二道防线所分配的地震剪力，同时也要提高核心筒抗震承载力。筒中筒是指由钢筋混凝土剪力墙围成的外筒和内筒。
或同时存在外围的密集布置的柱和大截面的框架梁组成的框架筒体与剪力墙结构围合而成的核心筒体。其设计思路接近剪力墙结构，但剪力墙围成的筒体结构空间受力性能更强，抗侧刚度会显著优于普通剪力墙。在筒体剪力墙的构造上要求也更高。筒体结构工程应用中一般是超限的，需报超限审查。分析方法除一般的如振型分解反应谱法、弹性时程分析法补充计算等外，要依据超限专家组给出的意见进行其他有针对性的计算方法和构造要求。
3.4剪力墙结构中边缘构件的优化设计
剪力墙结构的优化设计是多层面、多角度的。结构尺寸及外形优化设计仅是其中的一个层面，同样对剪力墙结构的边缘构件进行优化也能达到建筑剪力墙结构优化设计的效果。具体体现在以下2个方面。
1）构造边缘构件的约束，在规定范围内，明确其墙肢长度和箍筋配筋的特征值。
2）剪力墙边缘构件的约束。约束对象主要是暗柱、端柱和翼墙。对相关搭建结构的约束是为了确保剪力墙的刚度，避免层间位移。对于剪力墙边缘构件的优化设计，应基于建设的规范要求，合理增大边缘构件如暗柱、端柱的截面尺寸。
3.5剪力墙结构中连梁及大墙肢的优化设计
剪力墙连梁是其关联墙肢间起连接作用的梁结构，在墙肢受到极限压时，会产生形变或超筋破坏，甚至影响到整个建筑的稳定性和安全性。对剪力墙连梁进行优化，能够最大限度地缩减连梁受损。在有效范围内降低剪力墙连梁高度是优化设计的一种，另外一种是规范控制剪力墙结构的塑性和增强连梁的抗震强度。对剪力墙结构延展性进行优化也是优化设计的一个部分，基于剪力墙的高宽比，规划剪力墙的外形形状。基于剪力墙的高度，采用均匀分段和开洞技术，有效控制，使剪力墙结构的受损程度降低。
3.6利用现代化设计优化技术——以BIM技术为例
随着现代化进程的不断发展，BIM技术在高层住宅剪力墙结构设计优化中的作用越来越明显。与传统的二维模型相比，通过BIM专业的三维数据模型的建立，能够对高层住宅剪力墙结构设计优化过程中各项数据结果进行更为立体和直观地展示，从而提高问题发现的效率，为设计人员进行建筑设计图纸的优化和改进提供直接的帮助，具体如下：
(1)BIM技术具有更强的模拟分析能力，在高层住宅剪力墙结构设计优化初期阶段，能够根据设计人员的实际需求，对后续及整体的结构设计效果进行充分展示。同时，将其中可能发生的问题进行模拟，帮助人员进行问题改善和设计优化提供参考，提高对于整体高层住宅剪力墙结构设计的掌控力度。
(2)应用BIM技术能够提高高层住宅剪力墙结构设计优化的整体协调性。传统的二维模型不能够将高层住宅剪力墙结构设计过程中的问题进行充分展示，尤其针对一些错综复杂的高层住宅剪力墙结构设计，这些结构设计涉及对象和参与方式更加的复杂，利用BIM技术能够将建筑结构各方面数据进行充分协调，提高结构设计优化工工程量的准确性和效率性。通过立体多维的结构设计优化模型，使人直观地感受到高层住宅剪力墙结构设计效果，促进工程顺利实施。
结论
综上所述，随着我国建筑行业的不断发展，对于高层住宅剪力墙结构设计质量提出了更高的要求。建筑结构作为建筑重要的承载结构，对整体的建筑物产生重要影响。因此，相关工作人员需要提高设计优化工作的重视程度，对建筑物进行不同角度的结构优化设计，比如剪力墙抗震设计、地基设计和混凝土设计等。同时，利用合理的高层住宅剪力墙设计优化检测方法，确保建筑结构设计的合理性，结合不同的建筑物设计情况，对各个剪力墙结构部位进行严格的质量检测，确保剪力墙结构的设备、材料等符合高层住宅结构设计优化标准，促进我国建筑工程建筑行业结构设计水平不断提升。
参考文献：
[1]林隆煜.高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J].科技视界,2018,254(32):212-213.
[2]凌宏玥.浅探高层建筑剪力墙结构优化设计[J].建筑建材装饰,2019,000(001):211.