周俊
华南理工大学建筑设计研究院有限公司
广东省广州市 邮编：510640
摘要：近年来，随着人们生活水平的提高，城市化进程不断加快，合理的高层建筑剪力墙结构设计有助于保证高层建筑的抗震性，同时有效的优化结构有助于降低施工成本，但不同建筑物中剪力墙仍存在一定的问题，需要对相关因素进行全面分析，不断优化设计方案。本文对高层建筑剪力墙结构优化措施进行分析。
关键词：高层住宅；结构；剪力墙；优化设计
引言
我国是人口大国，长年以来人口总量一直呈现出上涨趋势。随着城市人口的不断增加，城市住宅用地资源不足的现象也突显出来。高层住宅建筑的出现从一定程度上缓解了住宅用地紧张的问题，但同样也带来了一些问题，其中高层建筑易受地震影响就是较具代表性的问题。面对该问题，经过多年研究剪力墙结构应运而出，逐渐成为了高层建筑架构设计中的核心环节，直接与建筑地震安全关联，即剪力墙结构的墙体布置方式对剪力墙的性能有直接影响，如果剪力墙存在缺陷或不满足基本要求，就会导致剪力墙性能不符合设计要求，进而影响高层建筑的抗震性能。例如，高层建筑剪力墙墙体施工质量不满足设计要求或剪力墙布置方式不合理，导致剪力墙墙体在地震作用下发生破坏，甚至有可能引起建筑物的倒塌。可见剪力墙性能好坏对高层建筑安全有直接影响，因此高层建筑中剪力墙墙体的合理布置以及施工质量的把控就成为了一项值得关注的事项。文中针对剪力墙的施工质量把控和设计优化进行一些探讨。
1剪力墙结构设计分类
建筑剪力墙设计中具有多种类型，在建筑施工设计中剪力墙的建设一般采用打孔的方式进行施工，孔洞的数量以及大小不等。通过最新研究结构发现，剪力墙的性能以及结构形式与建筑中的孔洞具有直接关系，影响剪力墙的受力情况。剪力墙的分类如下：①整体墙，剪力墙结构自身具有较强的稳定性，而且抗拉和抗压能力都比较强，整体墙孔洞比较大，但是数量少，部分墙体上并没有设置孔洞，从受力方向上来看属于竖向受力的情况。从水平结构来看，较大的荷载会使剪力墙的高度和宽度扩大，导致墙体界面出现变形的情况。整体墙截面虽然可能会出现变形，但是仍然是符合剪力墙标准的，墙体正面在应力的影响下形成线性分布，使墙体始终保持安全性和稳定性。②小开口墙，小开口墙也是剪力墙结构中比较常用的一种模式，剪力墙的孔洞面积如果不断变大的情况下就会形成小开口墙。从墙体的水平结构来看，荷载的压力会导致小开口剪力墙结构受到影响，使得墙体截面存在正应力，而这些正应力的分布呈现规范性，属于偏离直线分布。这种力的分布方式，会使剪力墙的局部弯应力与主应力之间互相叠加，如果这种叠加力不产生反弯点的情况下，小开口剪力墙形成。③联肢墙，联肢墙与小开口墙相似，都是孔洞比较大的墙体，如果开孔连接位置强度比墙肢小时，水平荷载将导致剪力墙连接位置出现反弯点的情况。这种结构中每个墙肢都是独立的个体，并独立发挥作用。而这些独立的墙肢个体进行连接就会形成剪力墙，这种剪力墙也被称为联肢墙。
2高层住宅结构剪力墙优化设计探讨
2.1模板安装
在模板安装工序开始之前，首先确定外侧模板与内侧模板的长度，按照图纸要求，外模板的长度应大于内模板的长度。在安装过程中，模板外壁需要与墙体紧紧贴合，为了防止模板外壁给墙体造成破坏，施工人员应在墙体与模板之间加入海绵等填充物。另外，由于模板的使用频次较高，模板浇筑施工前需要及时清理模板内部的杂物与混凝土残渣，如果发现模板尺寸发生变化或者模板的整体结构产生形变，技术人员需要制订现场修正方案，使模板能满足施工标准要求。模板吊装时，应指派专人负责对整个吊装过程进行实时监督，避免模板与钢筋相接触，以保证建筑主体结构的安全性。
2.2做好转换层结构设计
为了保障剪力墙能够对高层建筑提供全面支撑，在剪力墙布置设计阶段，设计人员必须重点关注剪力墙上下转换层结构设计环节，做好该结构设计对剪力墙墙体布置成果有重大影响。在上下转换层结构设计中，设计人员要着重考虑转换结构的安装问题，该问题在不同情况下要采用不同的布置方式来解决，文中主要列举两个常见情况：①假设转换层结构比较繁琐，且属于高位转换底部空间时，要尽可能的将转换结构紧密安置，均匀分配到各个结构组成板块中，保障转换结构相互作用；②假设转换层处于高位转换状态，设计中就要对剪力墙本身的质量与刚度进行调整，保保障转换层上下刚度一致。总体而言，在转换层设计中设计人员要依照层间位移角均匀性、转换层水平状态等进行空间分析，了解转换层墙体是否匀称，同时了解转换层内力分布情况，找出其中薄弱位置，通过增加构件配筋的方式来强化薄弱点，这样能对剪力墙性能进行优化。
2.3合理控制剪力墙的面外弯矩
建筑工程中剪力墙结构的设计需要结合实际工作要求，对剪力墙的结构以及特点等进行分析。剪力墙自身的抗压承载力和面内抗弯承载力比较强，面外承载力相对来说却比较低。高层建筑中常出现结构梁与与剪力墙面外相连接。相连位置的结构梁端弯矩由剪力墙面外承担，但由于剪力墙的面外抗弯承载力较低，会导致剪力墙在连接位置出现破坏。针对这个问题首先在剪力墙设计中需要控制好面外弯矩。如将与剪力墙相连梁的梁端面筋调幅至跨中，减小梁端的弯矩值；将结构梁向剪力墙内延伸一跨，使得剪力墙成为梁的中间支座，主要承担竖向荷载，不承受或少承受梁端弯矩值。此外，做好扶壁柱的设计工作，合理设计扶壁柱可以提升剪力墙的强度和刚度，保证剪力墙质量。如果在剪力墙设计中出现扶壁柱设计问题，需要及时更改设计，如果无法更改，必须立即采取有效的改善措施，可以通过在梁墙间设计暗柱的形式做好配筋的预估和计算，控制好弯矩。
2.4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，因此对连梁进行设计的过程中，需要保证连梁具有较好的塑性铰转动能力，同时抗剪承载力不能降低。除此之外，在满足结构层间位移角限值的要求下，通过适当降低剪力墙连梁截面高度，减小结构的整体刚度，从而使得结构在遭遇地震作用时所受到的地震作用也相应的减小。结构整体刚度减小对于结构抗震来说是十分有利的。此外，进行结构的地震作用计算时，考虑地震作用下连梁出现塑性铰，梁刚度会有一定程度的降低，故而在设计时会对连梁刚度进行折减。具体在设计过程中，设计人员需要根据高层建筑具体情况，对刚度折减系数进行合理控制，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。
结语
综上所述，建筑剪力墙的设计中存在多种剪力墙形式，不同剪力墙的应用工程存在一定的区别，因此需要结合具体工程情况选择合理的剪力墙。同时在剪力墙设计和施工中需要做好剪力墙位置、弯矩、延伸以及厚度等方面的处理，保证剪力墙设计和施工的合理性。
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