浅析高层建筑剪力墙结构的优化设计

摘要：高层建筑工程现在已经成为城市建设重要组成部分，并且为满足社会发展以及人们生活需求，其结构设计功能性与空间安排之间的协调性要求更高。剪力墙结构现在已经成为高层建筑工程设计施工的重要方式之一，对于传统结构空间规划与结构功能之间的矛盾进行优化，在保证结构基础功能的前提下，解放了室内空间，可以更大程度的提高室内空间设计效果。本文对高层建筑剪力墙结构进行了概述，并结合其特点对其优化设计措施进行了分析。

关键词：高层建筑；剪力墙；结构优化

剪力墙结构具有刚度大、整体性好等特点，与其他结构形式相比，用钢材数量更少，将其应用到高层建筑工程中，可以完善传统结构中占据空间大缺点，将承重墙与分隔墙合二为一，提高了室内空间的应用效率，整个施工方案经济更高。在对高层建筑剪力墙结构进行设计时，需要针对其具有的特点进行分析，并结合高层建筑施工对结构的实际要求，争取不断提高剪力墙设计的有效性，对其存在的缺点进行优化，争取不断提高其设计的合理性与实用性。

一、高层建筑剪力墙结构概述

与普通建筑工程相比，高层建筑结构要同时承受水平与垂直两个方向荷载作用，同时还要承受地震作用，对于低层结构来说，水平荷载产生的内力以及位移比较小，而对于高层结构来说，在设计时必须要做好对水平荷载以及地震作用的研究控制。随着建筑工程高度的增加，还需要有比较大的抗侧刚度，将水平荷载产生的侧向变形控制在设计要求范围内。剪力墙结构在高层建筑工程的应用，能够有效承受水平与竖向荷载，并且其具有侧向刚度大以及整体性好特点，受水平荷载影响产生的位移量很小，并且与传统结构方式相比，柱、梁等结构不会占据室内空间，可以提高室内空间的利用率。剪力墙所要承受的水平与竖向作用力，以及横向刚度均比较大，可以更好的满足高层建筑结构设计要求。在设计时为适应所有方向水平力荷载，对于矩形平面应保证结构纵横双向设置平衡，而对于圆形则应将结构沿径向与环向设计，另外对于三角形平面则应沿着三个主轴方向设置[1]。

二、高层建筑剪力墙结构设计要点

剪力墙结构在高层建筑工程中的应用，受到荷载作用力比较多，为提高其设计的合理性，需要明确设计要点，并采取相应的措施进行优化控制。第一，抗侧刚度。控制好剪力墙结构抗侧刚度大小，避免其过大导致结构周期变小，通过合理设计来降低地震作用对结构的影响。第二，剪力墙数量。对于同一高层建筑来说，在进行设计时要控制好剪力墙的总数量，保证数量的合理性，避免数量过多增加建筑工程自重，而增加对地基承载性能的要求，很容易造成地基塌陷降低工程安全性[2]。第三，配筋。配筋是构成剪力墙结构的要素，为提高结构延性，需要科学布置剪力墙构造配筋。第四，设计规范。为保证高层建筑剪力墙结构设计的合理性，设计时必须要严格按照相关规范来进行，确保其满足结构水平位移与地震力要求，避免主观意识设计情况的发生。设计人员应以以往经验为基础，结合工程建设实际需求来进行设计诶，将地震力与结构水平位移控制在国家要求的范围内。

三、高层建筑剪力墙结构设计优化措施分析

1.转换层优化设计

加强对剪力墙结构设计的重视，基于高层建筑结构复杂性高特点，对转换层结构设计进行优化。对于高层建筑来说，转换高位设计时，如果转换层升高质量与刚度都比较大，就需要对其进行适当的调整，将结构本身与上线刚度调整到相同大小。但是实际施工中，需要控制好转换层自重与刚度，在最后检查转换层附近层间位移角是否达到要求的均匀分布状态时，需要确保其处于水平条件下，才能对其设计情况进行精确的分析[3]。因此，在对转换层结构进行设计时，应尽量选择用刚度与质量比较小的材料，并且在数据计算时，还应选择用组合数据振型数，提高各参数计算的精确性，确定结构设计中应注意的薄弱环节。最后在此基础上来对内里分配特点进行分析，对薄弱部分进行优化，适当调整配筋设置情况，在整体上提高转换层设计效果。

2.上下部结构优化设计

对于高层建筑工程来说，想要提高两种不同形式作用力传递的有效性，在进行剪力墙设计时，就需要做好对刚度的控制，避免结构刚度的突变。一方面，降低上部结构刚度。即在对剪力墙结构进行设计时，减少上部结构的剪力墙布置数量，并在上部结构满足相应压轴比后，最大程度缩短墙肢。另一方面，增大下部结构刚度。当高层建筑工程满足功能要求后，可以适当在下部结构中较大空间内设置一定数量的落地剪力墙，保证其布置的均匀性，以免过度集中造成应力增大。同时，还需要控制好转换层上下部刚度，避免刚度过大造成地震作用力增大，并且如果上下部刚度过大，还需要提高对竖向刚度的设计，会增加工程材料的应用数量。而如果转换层上下部刚度过小，会加大结构沉降问题的发生概率，导致水平结构以及上下部结构出现次应力问题，必须要增加配筋设计数量。因此，在设计时需要控制好截面尺寸大小，并确保结构刚度设计满足专业规范要求。

3.连梁结构优化设计

重点要最好连梁结构抗震性与非抗震性的设计优化，以高跨比为依据可以将其划分为两种类型，即与高跨比2.5为极限，分为高于或者低于界限两种，不同类型对受剪承载力以及截面配筋有着不同设计规范要求。在计算内力前，需要先对连梁本身的刚度进行拆减，然后在计算完成后，对连梁弯矩组合以及剪力与折减系数相乘得到计算结果[4]。对于结构内力的计算，无论是选择哪种计算方式，都应结合工程实际情况来确定建立与弯矩设计值，并且要保证最终确定值要小于调整后数值。另外，为提高高层建筑连梁结构设计安全性与稳定性，在对其弯矩进行设计时，应将其设计成低于预防烈度一度地震组合值，这样可以保证建筑结构在正常使用或者小型地震作用力下，结构不会出现裂缝。

4.结构成本优化设计

在对高层建筑工程剪力墙结构进行设计时，除了要对各结构设计进行优化外，还需要做好工程结构成本设计的优化。即做好结构设计的全过程控制管理，确保每个细节均满足专业规范要求，框架结构中各构件长度均要达到施工规范要求，以免出现误差而影响施工效果。设计时要结合建筑工程能耗高特点，对每个环节的能耗进行优化，最大程度将各项能耗控制在一定范围内，降低工程成本，提高工程建设的综合效益。

结束语：

在对高层建筑工程进行剪力墙结构设计时，需要明确其结构特点，并确定其设计要点，针对不同结构部分的设计进行优化管理，最好每一个细节的控制，提高结构设计的合理性与规范性，并做好各细节控制，在保证设计效果的同时降低能耗，提高工程建设的经济性。