【摘要】为了进一步探索高层建筑剪力墙优化设计方法，在本文当中对高层建筑剪力墙优化设计原则进行了分析，并从模型计算与配筋两个方面阐述了剪力墙结构优化设计的方法。
【关键词】剪力墙；结构布置；抗震性能；经济性
1.引言
自从改革开放之后，人民群众生活水平不断提升，对居住环境的要求也日益提升，再加之人口向城市的不断聚集，城市用地空间日益收缩，高层建筑成为建筑建设的主流趋势。然而，高层建筑设计不仅需要考虑建筑的抗震性能，同时也需要考虑建设成本。为此，高层建筑必须要在剪力墙优化设计方面下功夫，实现结构安全性与经济性的有效控制。
2.高层剪力墙结构优化设计原则分析
高层剪力墙结构的优化设计实际上与建筑方案布置之间存在着紧密的联系，在下文当中降从几个方面对高层剪力墙结构的优化设计原则进行阐述。
2.1合理的建筑平面布局与成本控制
高层建筑平面布局应遵循以下几个方面的原则：（1）建筑平面布置应尽量简单规则，避免出现刚度、承载力、质量的突变或过度集中。例如，当建筑平面布置显得过于狭长时，则结构在地震作用下容易出现因结构两端地震波输入存在相位差而导致震动不规则等情况，从而使得结构所承受的震害被加强。因此，当结构初步计算时所计算的结果有多条超过规范中所规定的“不宜”或某项指标超过规范允许值较大时则，工程项目就属于不规则项目，需要进行超限审查，并加强相关抗震构造措施，对于此种建筑结构及时采取了优化措施，其设计与施工成本往往也难以得到有效控制。由此可见，高层剪力墙结构优化设计中控制结构的规则性是最基本的原则；（2）高宽比控制。高宽比是影响剪力墙结构受力性能的重要因素之一，同时也会对结构的造价产生至关重要的影响，据相关研究表明，当剪力墙结构的高宽比尽可能接近规范的最大允许值时，结构的成本最低，这也是剪力墙结构优化设计的重要原则。
2.2剪力墙的布设原则
在高层剪力墙住宅标准层单位面积含钢量指标中，剪力墙钢筋一般占比为50%～65%（设防烈度为7度区，高度在60～100m范围内的剪力墙结构住宅）。显而易见，高层剪力墙住宅的施工成本主要由剪力墙的布置原则决定。剪力墙优化布置原则如下：在满足规范要求的抗侧力、抗扭转要求下，尽量减少剪力墙的数量，并且采取有效措施减少边缘构件的数量等。
（1）剪力墙布置应遵循外强内弱的基本规律。应尽量将剪力墙布置在建筑外围，同时增加外围圈梁的梁高以提升结构抗扭与抗倾覆能力，在电梯井位置应尽量少布置剪力墙。此外，剪力墙结构布置也应沿双向均匀布置，提升结构抗扭刚度。
（2）避免使用短肢剪力墙。在实际工程设计当中，应尽量减少短肢剪力墙的使用，少在墙身之上开洞，并避免在小开间内设置多道剪力墙，之所以采取这样的措施主要出自以下三个方面的考量：首先是提升结构的抗侧力，降低剪力墙的使用量，其次是有效降低边缘构件的数量与暗柱的配筋量，最后减少短肢墙的使用能够增加剪力墙之间的间距，建筑空间能够变得更为灵活。针对墙长＞8m的超长墙，如果其剪跨比＞2，且满足轴压比限值，是能够实现延性弯曲破坏的。但是即便如此，在结构设计中还是应该避免各别强肢使用超长墙。超长墙因其刚度远远大于其他普通墙肢，它所承担的总地震力比例占主导，在超过设防烈度地震的作用下超长墙会首先破坏，其余剪力墙无法起到二道抗震防线的作用，结构有可能发生由局部超长墙破坏导致的连续倒塌。一般会在这类墙体中部设置洞口（跨高比＞6的弱连梁）将其分为长度均匀的两段普通剪力墙，这样可以有效避免由于应力集中导致的结构安全问题。
（3）尽量加强T型与L型剪力墙的使用量，避免使用一字墙与异形墙。在布置剪力墙时应尽量使用T型与L型剪力墙，这主要时由于这种剪力墙具有较高的稳定性，同时也能满足框架梁搭接的钢筋锚固要求。
异形墙是指存在存在多次弯折的墙，这些墙在地震作用下容易出现应力集中，而一字墙则容易出现平面外破坏，出于安全与经济成本考量，一般情况下应尽量减少这两类剪力墙的使用。
（4）剪力墙宜连续布置，避免错位布置。当剪力墙能够在两个主轴方向上通过框架梁或连梁形成贯通整个结构长度和宽度的连肢剪力墙协同工作时，对结构整体的抗侧力体系是最为有效的。墙肢在轴线上的错位会导致各片墙体无法共同抵抗水平荷载，为了满足结构的整体侧移要求，往往需要加大单片墙肢的截面。这种“1+1＜ 2”的布置方式不仅增加了建筑的建造成本，也影响了高品质建筑的设计。
2.2剪力墙梁板优化设计原则
在剪力墙结构中梁板的含钢量占比约为30~50%，随低于剪力墙，但已然会对结构成本造成影响。为此，也必须要重视梁板的优化设计。大多数高层建筑楼板跨度都相对较小，以构造配筋为主，只需要按照规范最低要求控制楼板裂缝与挠度即可。梁设计则应重点关注剪力墙连梁设计，避免设置高连梁，同时小跨度隔墙下可以不设梁，而采用暗梁或附加筋替代。
3.高层剪力墙结构优化设计的具体措施
3.1 模型计算优化措施分析
在进行结构建模计算时，需要通过对相关指标的分析来考量剪力墙结构布置的合理性。例如，可以通过观察楼层最小剪力系数来对结构进行调整，在确保结构抗侧力的前提之下使得楼层的最小剪力接近规范的规定限值，从而降低结构自重，实现降低工程造价的目标。还有，在一些工程项目当中，某一方向的层间位移比可能过大，此时并不是盲目的去增加该方向的刚度，而是需要同时关注结构的减重比，如果结构的剪重比已经偏大了则应降低另一方向的刚度，这样不仅能接近位移比问题，同时还减少了结构造价。此外，在层间位移不满足但接近规范限值时可以选择自动扣除梁板重叠部分，当填充墙较多时可以将周期折减系数设置为0.95，从而降低结构造价成本。
3.2 配筋优化
墙配筋优化：L型剪力墙墙肢的高厚比应控制在不小于4的范围之内，当高厚比大于4时，则暗柱的配筋会明显偏大，同时需要满足框架柱的相关规定，构造措施也会明显增强，墙肢厚度＞300mm的短肢剪力墙在配筋时可以按照普通剪力墙的构造要求设计；边缘构件的体积配箍率可计入墙身水平分布筋的作用，最多可计入总体积配箍率的30%。
梁配筋优化：在高层建筑当中，不同楼层的梁配筋往往存在着一定的差异，在进行梁配筋楼层归并时应选择合适的归并系数，一般情况下以4~6层为宜，从而实现对梁配筋的有效控制。
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