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高层建筑剪力墙结构优化设计研究 　　【摘 要】高层建筑剪力墙结构的设置受设计人员的经验影响。设计人员只是出于对结构安全或设计进度的考虑，往往对设计结构采取相对保守的结构布置，而忽略了结构的合理性和经济性。因此，优化剪力墙结构的布置是十分有必要的。 　　【关键词】 剪力墙 高层建筑 结构优化设计 　　引言 　　随着房地产和工厂的不断建设，使得节约土地资源提上日程。建筑工程技术不断提高，人们的住宅也逐渐从低层发展到高层建筑。由于高层建筑的特殊性，其建筑技术要求比低层建筑要求要高的多。这就需要对高层住宅中混凝土剪力墙结构设计优化进行调研和探讨。 　　一、 高层建筑结构的分类 　　高层建筑按照其使用材料的不同，可分为砌体结构、混凝土结构、钢结构以及钢-混凝土组合结构四类。 　　1. 砌体结构 　　砌体材料是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度都比较低、抗震能力差等特点，于是高层建筑中很少采用这种无筋砌体结构。若在砌体中配上钢筋，就可改善砌体的受力性能，这样就能在地震区或非地震区的中高层建筑中得到应用。 　　2. 混凝土结构 　　混凝土结构具有取材方便、良好的耐火性和耐久性、较大的承载能力，良好的刚度、节约钢材、造价低、良好的可模性以及可浇筑形状复杂的截面等优点，而且经过合理设计的现浇整体式混凝土结构具有良好的抗震性。由于可对混凝土结构灵活布置，组成不同类型的受力结构体系，因此广泛应用于现代高层建筑中。尤其是高层建筑中以混凝土结构为主的我国以及一些发展中国家。 　　3. 钢结构 　　钢结构以材料强度高、截面小、自重轻、良好的塑性和韧性、制造工艺简单、施工周期短、良好的抗震性等优点，在高层建筑中也有广泛应用。近些年，随着钢产量的大幅度提高和高层建筑高度的不断增加，对钢结构应用的高层建筑也越来越多。尤其是那些地基条件差或抗震要求高而又较高的高层建筑，就特别合适采用此结构。 　　4. 钢―混凝土结构 　　钢―混凝土结构以其钢结构自重轻、截面小、施工快、抗震好等优点以及兼有混凝土结构刚度大、防火性能好以及造价低廉的优点，被认为高层建筑结构中较好的结构形式，在我国得到迅速发展。该结构是将钢材放置在构件内部，在构件的外部由钢筋混凝土做成或在钢管里填充混凝土，然后做成外包构件。 　　二、 剪力墙结构的设计 　　（1）对于剪力墙结构的设计，其应沿着主轴方向双向或多向布置。不同方向的剪力墙宜联结在一起，应尽量拉通、对直成为工形、T 形、L 型等有翼缘的墙，形成一定空间结构。抗震设计时，为了使其具有有较好的空间性能，不能单向设置剪力墙。应使两个受力方向的抗侧刚度相近，剪力墙墙肢截面宜简单、规则。为了能充分利用剪力墙结构的能力，在设计时必须减轻墙体结构的自量、加大空间面积、提高剪力墙的承载力和抗侧刚度等。除此之外，剪力墙的布置不能太密，使结构具有适宜的侧向刚度。若侧向刚度过大，不仅加大自重，还会使地震力增大。 　　（2）剪力墙墙段的要求是需要保持墙体规则、简单，竖向刚度均匀，门窗孔洞需整齐布置、上下对齐，形成一个明确的剪力墙肢和连梁。剪力墙肢和连梁的应力要分布均匀有规则，也必须符合目前常用的设计计算简图。避免剪力墙墙肢上的孔洞刚度差异大。 　　（3）如果剪力墙较长，应先将其平均分成多个墙体，开挖孔洞，各剪力墙之间的链接部分采用弱连梁连接的方法。但值得注意的是，在进行抗震设计时，应尽量避免开挖孔洞，并且在两个孔洞之间形成墙体肢截面高度与厚度比小于 4 的小墙肢。当墙厚大于小墙肢截面的 1/4 时，需按框架柱设计要求对箍筋进行全高加密。 　　（4）当剪力墙结构平面内的刚度和承重力较大，而平面外刚度和承载力相对较小。为了保证剪力墙平面外的稳定性，就应控制剪力墙平面外的弯矩。 　　（5）剪力墙的设置能够影响到结构的抗侧刚度的大小，为避免刚度发生改变，应自下而上连续布置。为了避免墙体刚度发生突变，可沿其高度适当的减少墙体的厚度、降低混凝土强度或者减少一些墙肢等，以使得墙体的侧向刚度随着高度的降低而逐渐减少。但是值得注意的是，若剪力墙沿高度不连续，会对导致剪力墙结构的刚度沿高度而发生突然变化。 　　（6）对于剪力墙的设计，为确定个剪力墙的厚度，必须满足轴压比、位移比、周期比、抗震等级以及层间位移等各个构造要求，剪力墙高度与厚度比（注：H 为层高或剪力墙无支长度的较小值）。 剪力墙允许高厚比如果剪力墙高度与厚度之比不能满足上表时，可按照《高规》中附录 D 中的方式计算。 　　三、 结构优化计算 　　在进行剪力墙结构设计时，根据《高规》或《抗震设计规范》等有关规定，结构布置要合理，比如剪力墙结构设计中它的刚度不能过大。同时在满足楼层最大层间位移和层高之比的基础上，确定楼层最小剪力系数，使计算出的数值最接近规范设定值。控制