广西荣泰建筑设计有限责任公司
摘要：目前剪力墙结构已经得到了高层建筑工程的广泛应用，该结构刚度性能与侧翼性能较好，能够提高建筑的抗震效果，满足高层建筑对刚度、侧移水平及稳定性的要求。但是在剪力墙结构设计方面，因为受到多种因素影响，设计仍不完善，因此需要采取有效的措施对剪力墙结构进行优化设计，为高层建筑的安全性和稳定性提供保障。基于此，本文对高层建筑剪力墙结构优化措施进行分析。
关键词：高层建筑； 剪力墙结构； 优化设计
1.高层建筑剪力墙结构概述
剪力墙是一种具有一定刚度和整体性的结构，不但用钢量较少，同时建成后不存在露柱露梁情况。同框架结构进行比较，剪力墙结构的美观效果更好，适用性更广。因此在建筑中使用剪力墙结构为室内装修提供便利，有效提高室内使用面积。同时剪力墙具有较大的抗侧刚度，抗震效果较好。但是因为剪力墙需要使用较多的混凝土墙体，直接导致高层建筑物自重提升，可能会引发地震反应，因此需要做好防范措施，加大对剪力墙高层建筑上部结构与基础施工的投入力度，强化其稳定性。同时剪力墙结构各墙肢轴压比较低，难以发挥其承载性能。构造配筋施工形式导致结构延展性不佳，都会对剪力墙质量造成不利影响。因此需要在确保其本来抗侧性能的前提下，对结构进行优化，降低成本，提高高层建筑质量。
1.1 剪力墙概述
现如今剪力墙已经得到了高层建筑的广泛应用，属于墙体结构的一种，其构成材料为钢筋混凝土，在横向与纵向承重板的交错作用下产生承重性能。因为其结构能够有效保障高层建筑的稳定性与抗侧性，提高其刚度性能与抗震性能，并且剪力墙能够将承重柱隐藏于内部，节约空间的同时满足居民生活需要。
1.2 剪力墙分类
对目前情况进行分析，根据剪力墙性质可以将其分为下述几种类型：（1）实体墙。实体墙的承受载荷性能较好，同时具备良好的抗弯性能，通常情况下墙体不开洞或者存在少量小尺寸洞口。（2）整体小开口剪力墙。多数情况下，如果墙上开口面积大于全部剪力墙15%，通过受力分析能够发现，本来在洞口为直线分布的正应力移动到洞口两侧，虽然不会引发异常问题，但是可能因为外力因素导致反向弯曲情况。（3）壁式框架。洞口尺寸较大，连梁线刚度同墙肢线刚度较为贴近的墙体便是壁式框架。
2.高层建筑剪力墙设计原则
2.1 连续性
在进行剪力墙结构设计过程中，具有多种结构形式，展开工作前需要根据工程要求及施工环境选择合理的结构。剪力墙结构在高层建筑工程中十分常见，其主要作用便是提高建筑的整体承载性能。因此在进行设计时需要遵循连续性原则，以防刚度变化导致建筑存在位移情况。在实际设计阶段需要坚持自上而下布置原则，以防刚度变化对工程整体结构的稳定性造成影响。
2.2 对墙体进行受力分析
在高层建筑剪力墙结构设计阶段，还需要信息分析墙体混凝土应力情况。作为一种建筑平面结构，墙体压力还包括水平剪力、弯矩及竖向压力。因此在设计阶段需要全面分析受力情况，重点研究剪力墙的自身应力，进而提高剪力墙使用效果。
2.3 墙体延性
在对剪力墙结构进行设计的过程中，需要全面分析墙体的延性，墙体延性对剪力墙结构具有一定的影响，因此如果设计质量存在问题，过高或者过薄，都会导致连接梁使用问题，进而引发张拉、弯曲等问题，造成剪力墙结构受损。因此，在实际设计过程中需要加强对剪力墙安全性能的重视，避免发生弯曲问题。同时截面部分还需要设置一个孔，将墙体分为多个部分，形成连接墙，使剪力墙延性效果发挥作用。
3.高层建筑剪力墙结构优化设计
在满足剪力墙结构成对、对称的原则下，通常需要沿建筑物主轴线进行步骤，作为建筑物隔离墙。因此设计人员需要结合现场施工实际情况进行设计，制定科学合理的优化方案。通过大量的实例研究，本文对高层建筑剪力墙结构优化进行分析，主要需要从下述几个方面进行优化。
3.1 剪力墙结构设计优化
剪力墙结构布置原则为沿主轴方向双向布置，进而成为空间结构。
因此高层建筑需要做好抗震设计，因此对剪力墙进行布置的过程中，不能使用单向布置方法，使剪力墙空间增加，减少结构重量，进而有效提升其抗侧刚度与承载性能。首先需要对剪力墙墙面进行简单规划，保证开设洞孔的整齐，为后续形成梁提供便利，以防洞孔错开、分布不平衡等情况，对结构造成不利影响。其次，在具体设计阶段，设计人员需要对建筑物结构进行全面分析，保证设计结构符合墙体水平面内刚度、承重性能等要求，基于位移、周期比等相关指标，对墙体厚度加以明确。如果指标不符合标准，需要继续优化，根据具体情况对剪力墙结构进行设计，确保其稳定性以及高层建筑的整体安全性。
3.2 剪力墙结构配筋优化
对高层建筑工程造价来说，合理控制剪力墙配筋具有重要意义。分析过往高层建筑结构设计，多数情况下剪力墙配筋均根据相关规范标准的最小配筋率进行配筋的构造，因此需要对墙体厚度进行控制，进而实现对剪力墙身钢筋用量的有效控制。在正式施工前选择合理、优质的材料十分重要，主要在于钢筋材料的选择，需要对其进行检查，保证其质量性能达标后方可进场投入使用。在选择剪力墙结构配筋时，需要确保材料符合工程测算及相关标准要求，水平钢筋需要设置在外侧，垂直钢筋需要设置在内侧，根据具体情况展开优化设计，进一步降低成本。
3.3 剪力墙结构连梁设计优化
对高层剪力墙结构来说，连梁是其十分重要的一种耗能构件，对于抗震设计来说至关重要，具有良好的耗散地震能量的效果。在实际设计阶段，设计人员需要认识到剪力墙的一大优势便是具备良好的抗震性能，因此对连梁弯矩和连梁剪力进行设计的过程中，需要保证两者具有良好的可塑性和可调幅性。除此之外，如果条件允许，还需要适当降低剪力墙连梁截面的高度数值。
因为连梁的主要作用为提高剪力墙高度以及连接墙肢，因此设计人员需要合理调整连梁的高度并进行详细计算，适当减少连梁刚度，将高层建筑结构抗震性能作为主要保障。在进行折减计算的过程中，设计人员需要根据高层建筑具体情况，对减少值进行合理控制，通常情况下需要将其控制在0.5以上，并且在0.5～1.0这一范围区间中，保证其最佳状态。在具体调整过程中，因为受到其他因素的影响，导致连梁刚度减少也无法满足预期目标的情况，因此使剪力墙结构抗震性能不合格，设计人员可以适当减少连梁刚度，降低连梁高度，通过这一方法有助于减少地震对建筑物造成的影响。
3.4 优化平面布置
平面布置工作同剪力墙承载性能、刚度分布、结构稳定性等关系密切，如果设计不合理可能导致承载力与刚度不符，或者结构存在扭转效应等不良问题，墙体存在程度不一的弯曲和变形。因此设计人员需要加强对该部分设计工作的重视，根据设计要求以及剪力墙设计方案，提高剪力墙平面布置工作水平，确保房屋结构平面设计的规范性，保证综合布局的合理性。除此之外，还需要全面优化内外墙体连接设计，确保墙体截面的规则性。
3.5 剪力墙层间位移比与最大位移比优化设计
对高层建筑剪力墙结构进行设计的过程中，设计人员需要对建筑物遭受地震后产生的层间位移、扭转变形等相关参数进行计算，对剪力墙垂直、水平构件数进行合理设计，禁止随意更改构件刚度，最大限度防止楼层间与剪切发生变形。
3.6 剪力墙结构计算优化
设计人员对高层建筑剪力墙结构进行设计的过程中，还需要对结构是否合理进行全面检查。保证剪力墙刚度适宜，在符合楼层层间位移和层高比的前提下，将最小剪力系数作为比较，能够保证计算结果符合规范值。同时还需要全面分析剪力墙连梁是否合理、底部轴压比是否符合相关规范。合理选择计算参数十分重要。首先，对周期折减系数进行选择。如果剪力墙结构填充墙体较多，需要选择0.9～1.0范围内参数；反之需要选择1.0。主体结构刚度大，填充墙对主体结构影响较小，反之同理。其次，合理选择振型个数。前提条件为振型参与质量超过总质量的90%。高层建筑地震作用振型数非耦联，n≥9，耦联，n≥15。
4.结语
综上所述，当今高层建筑对剪力墙结构的应用愈加普遍，如果剪力墙结构设计存在问题，势必对建筑的整体稳定性和安全性造成影响。因此设计人员需要采取有效的措施，从结构设计、连梁设计、配筋选择、平面布置等多方面出发，全面优化剪力墙结构设计，为工程的稳定性提供保障，降低成本，促进建筑行业的可持续发展。
参考文献：
[1]康颖.高层及多层民用建筑设计中剪力墙的结构设计研究[J].建材与装饰，2020，（6）：75-76.
[2]董春德.高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略探讨[J].砖瓦世界，2020，（12）：95.