绿色建筑的高层剪力墙结构优化设计
发表时间：2018-01-16T11:32:22.397Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第23期作者：郝红丽
[导读] 加强剪力墙结构设计的优化，不仅是建筑建造质量的提高，也是建筑整体美观性和城镇居民居住环境的改善。
陕西省渭南市建筑规划设计研究院
摘要：针对绿色高层建筑的剪力墙结构，在简单论述优化设计的经济性与含钢量两大重要指标的基础上，对优化设计内容、方法、效果等进行综合论述，并提出优化设计对于混凝土和钢筋两种常用材料实际用量的影响，为剪力墙结构优化设计工作提供理论依据。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计
导言
加强剪力墙结构设计的优化，不仅是建筑建造质量的提高，也是建筑整体美观性和城镇居民居住环境的改善。根据明确的设计思路，通过实践应用确定剪力墙结构设计优化的方案和目标，其中包括合理掌握剪力墙的尺寸及外形、优化剪力墙的墙肢的设计、优化设计剪力墙连梁以及优化剪力墙的墙体构建等。
1绿色建设和剪力墙结构的概念
1.1绿色建筑的概念
绿色建筑，其实就是说在建筑施工使用的期限内，尽量的避免其对于资源和生态环境产生较大的压力，从能源开始，实现对于土地、水电以及材料的节约，这样在保证污染减小的同时，就能够实现促进生态环境可持续发展的根本目的。在此基础上还能够满足人们对于居住需求的不断提升，实现和自然生态环境的和谐相处，因此也这些建筑物就被叫做“绿色建筑”。其中，“绿色”的理念不仅仅是对于绿色植被量需求的增加，还要保证环境无害，并主要将生态友好以及环境节约型的建筑理念的得到充分发挥。为了促进我国资源等的可持续发展，我国也在重视绿色建筑行业的发展和进步。
1.2剪力墙的概念
剪力墙结构其实从本质上来说就是钢筋混凝土墙板结构，由于其具有较高的强度，因此利用这种墙体结构将传统的梁柱的框架结构进行替代，则在有效的承受多种荷载内力的情况下，还能够实现对于结构水平力的有效控制。所以这种结构也较多的应用在了需要减少负荷和自重的高层建筑中。剪力墙截面的主要特点表现为：墙体的肢长与其厚度远高于其承载能力，同时刚度的平面比较小，承载能力与刚度差异则大。而剪力墙结构在其设计过程中，剪力墙的平面上，其还会受到剪力与弯矩的作用。剪力墙在风荷载以及地震的作用下要求，一方面要提升其刚度，另一方面还要是其非弹性变形的重复效应以及耗能、延性等要求得到满足，同时还需要有效控制其结构，保证高层建筑的质量。
2高层剪力墙结构设计的基本原则
2.1较多使用一般的剪力墙
在优化高层剪力墙结构的过程中，应该尽可能的应用普通的剪力墙，从而降低短肢剪力墙与小墙肢的数量，设计中要要将结构竖向与水平向的刚度以及承载力进行合理的分布，这样能够保证剪力墙的墙肢截面要高于规范要求的8倍墙厚。同时，还要依照建筑平面的实际使用功能，将其设置为“L”型、“T”型的剪力墙，这样在提升其结构稳定性的同时，就能使其形成良好的侧向刚度。
2.2合理设置剪力墙的数量与刚度
剪力墙作为抗震设防的首要防线，剪力墙的刚度则是建筑物整体抗震的关键部分，合理的刚度可以保证建筑的稳定性，从而对地震的水平力作用产生抵抗力，避免建筑出现严重的水平位移与振动。这就要求，对于结构的剪重比要有效的进行控制，还要尽量的减少剪力墙的布置，将大开间剪力墙布置作为基本目标，在保证其侧向刚度适宜性的同时，使其最小剪力系数在规范值范围内。就在促使结构自重减轻的同时，减少地震的作用例，还能够降低工程造价，获得良好的经济效益。
2.3有效控制墙肢长度的差异性
在剪力墙的结构中，剪力墙应该按照主轴方向以及其他方向双向布置，但需要避免进行单向的剪力墙的布置，还应该使两个受力方向的抗侧刚度相接近，刚度则能实现均匀分分布，提升其整体的协调受力能力。而在建筑的布置方案时，则要保证墙肢长度的一致性，这样能够避免其出现过长或者过短的剪力墙，在受力均匀分布的情况，则能够保证地震的作用被剪力墙合理的进行分配。
2.4对剪力墙的开洞进行的处理
在高层住宅的剪力墙结构中，除了根据建筑功能设置门窗洞外，还需要根据实际的方案和结构，对结构洞进行调整。剪力墙整片不宜做太长，应进行开洞采用弱连梁进行连接，太长剪力墙刚度太大，吸收地震力大，若此墙体损坏了，对整体抗震性能影响太大，破坏力大。应分散布置墙体，保证各片剪力墙可以均匀分配地震作用，同时控制各墙肢轴压比，使各墙肢轴压比在竖向荷载作用下尽量靠近相应结构抗震等级轴压比限值，通过调整洞口的大小和连梁的高度来调整连梁配筋量，避免出现连梁超筋导致配筋困难。
3优化高层建筑剪力墙结构设计的措施
3.1调整改善层结构的设计
在高层建筑的设计过程中，高转换刚度和过渡层的质量得到了增加，对于转换层本身以及刚度的上下比进行调整，具有重要意义。转换层的刚度与质量不能过大，在水平力的作用下，进行的精确空间分析后，要使其转换层附近的层间位移角一致。其次，则要对较低的刚度与重量的过渡层结构进行选择，并对振动模态的数目进行确定。并分析其可能存在的薄弱环节，通过对其内力分布特性的研究，调整其内力与构件，保证薄弱部位性能的有效提升。
3.2降低独立小墙肢和剪力墙的刚度
在我国的建设设计中，对剪力墙的截面大小进行了明确的规定，要求独立的矩形墙肢截面的高度要超出截面宽度五倍以上。
而想要避免太大的独立墙体刚度的缺陷的出现，通常会使用合并洞口的设计，抵消强度。但也可以通过对剪力墙布局设计的改变实现，也就是要将墙体的边缘处设计为独立的小墙肢，之后使用恰当的钢筋结构，实现剪力墙受力状态的整体优化。