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高层剪力墙结构的优化设计探讨1. 剪力墙平面布置的优化：对齐，均匀，分散，对称，周边。
建筑方案的平面布局对结构的经济性有很大的作用，这就要求在方案阶段，建筑设计要多与结构设计人员进行详细沟通。
建筑方案布置避免建筑平面的凹凸不规则，楼板局部不连续，扭转不规则等平面不规则建筑。
建筑平面内部墙体的布置尽量拉通对直，就是上下或左右的墙体最好在一个轴线上。
建筑平面的布局，尽量上下或左右对称，避免大的外挑，避免转角窗。
建筑的楼梯、电梯核心筒体尽量不要在主体平面之外，减少大的偏置。
结合建筑平面，结构剪力墙沿纵横两个方向布置，两个方向剪力墙数量基本一致，使两个方向结构刚度接近。
剪力墙布置一般在建筑平面形状或刚度变化处、楼梯间和电梯间周围，房屋各区段的两端或周边。
剪力墙的布置，拉通对直，避免出现大于8米的长墙，避免短肢墙。
短肢墙的配筋率需要提高，所以为了避免短肢墙，墙体长度要满足8倍墙体厚度以上，例如标准层200mm厚度的剪力墙，一般长度在1.8米以上。
单片剪力墙的长度不宜过大，一般不宜超过8米。
过长墙肢通过增设弱连梁，使墙肢断开，墙肢长度一般取不小于8倍墙厚。
避免一字墙体，尤其外围门窗洞边上剪力墙，尽量做成“L”形（同建筑专业协商确定），并保证墙肢长度尽量不小于3倍墙厚度，这样满足有效翼墙条件。
当实际端部长度太短难以满足3倍墙厚度时候，可以做成端柱，端柱的长宽均不小于2倍墻厚度。
对于剪力墙布置，尽量用“L”代替倒“T”形状布置，节省了转角柱子的配筋。
以计算结果满足高规要求为前提，调整剪力墙使整体刚度均匀（刚心和质心接近），抗扭刚度，侧移刚度合理。
软件的计算结果为导向，位移角满足规范要求即可，满足位移比小于1.2。
周期前两个阵型应该是平动为主，且主阵型方向占80%以上。
其余计算指标满足规范要求。
2.剪力墙竖向布置避免三种竖向不规则：竖向构件抗侧力构件不连续（如带转换层建筑），侧向刚度不规则，楼层承载力突变。
这三种竖向不规则也要求结构与建筑专业、业主协商。
剪力墙结构的优化设计【摘要】剪力墙结构在满足计算结果前提下，如何进行结构整体优化，使其降低工程造价。
【关键词】剪力墙；短肢剪力墙；刚度；阵型；周期1、引言一般的高层住宅多为剪力墙结构，本人通过几年实际工作发现，采用相同的建筑平面方案，不同的结构墙体布置对其工程造价影响很大。
本人曾参加过某小区的设计投标，建设单位要求设计院进行初步计算并报出每平方米的用钢量。
该小区有18层及10层住宅，抗震设防烈度为7度，场地类别为ⅱ类。
我院给出的含钢量为47kg/m2，而参加投标的另两家给出的含钢量为46kg/m2 及55kg/m2。
经查看另两家设计院的图纸，墙体布置是造成结果相差悬殊的主要原因。
现实中有很多地产商要求设计单位为其节省工程投资，要求含钢量不得超过多少等等。
作为一名结构设计工作者，如何满足甲方要求，同时又能执行好国家各项设计规范，使得结构设计经济合理，是值得我们用心去思考的。
2、结构概念设计《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）规定：高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙结构。
短肢剪力墙较多时，应布置墙体（一般剪力墙），形成短肢剪力墙与墙体（一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。
抗震设计时，筒体和一般墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。
设计中应使结构竖向和水平向都具有合理的刚度及承载力，尽可能将剪力墙的墙肢截面高度（至少保证一肢）做的比8倍墙厚稍大，符合一般剪力墙要求。
剪力墙尽可能设计成“l”、“t”形有利于剪力墙结构的稳定性，同时能够形成较好的侧向刚度。
根据工程经验，对于“l”形、“t”形剪力墙，当一个方向的墙符合一般墙要求时，另一个方向的墙肢不宜过短，较小的墙肢常常会出现较大的配筋，一般宜控制在0.8m左右，尽量使墙端暗柱配筋接近构造配筋。
参见图l。
3、设计计算原则剪力墙结构设计时，应根据规范要求综合考虑结构是否合理，比如说剪力墙结构刚度不宜过大，应以规范规定的楼层最小剪力系数为基准，使计算结果接近规范限值（不小于限值），同时要使楼层层间最大位移与层高之比满足规范比值。
浅谈高层结构剪力墙的布置优化设计摘要：剪力墙结构由于具有广泛的适用性和良好的抗震性能，被应用于世界各地，尤其在我国的高层建筑中得到了广泛的应用。
但剪力墙结构材料用量大，单位造价高，如果设计不合理势必会造成不必要的浪费，这显然不符合当今社会节约能源，降低资源消耗，保护环境的前提，也不符合开发企业利润最大化的总体目标。
因此，优化建筑结构设计，节约材料，降低成本，已经成为了业界普遍关注和重视的问题。
本文结合工程实例谈谈高层结构剪力墙的布置优化设计。
关键词：高层剪力墙建筑；结构设计；方案布置；优化设计一、剪力墙的涵义剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。
这种结构在高层房屋中被大量运用。
剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。
同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。
在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求二、剪力墙结构方案的选择只有当剪力墙结构施工的安全得到了保障之后，才能够在诸多的方案当中进行对比选择，并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下，选取适合此高层建筑的结构形式。
针对层数较少的高层建筑，如：层数在18 层以下的高层住宅推荐采用传统的现浇剪力墙结构，因为在针对每一个墙肢进行实际压轴的计算时所取得的值会出现偏小的情况，而且墙体一般都是构造配筋，必然会使墙体的承载力不能充分的发挥出来。
推荐采用短肢剪力墙结构，能有效将这些问题进行根本的解决。
在7度区，层数在18 层以下的住宅建筑使用短肢剪力墙结构，能有效地将水平地震剪力、结构顶点位移、周期控制在合理的范围之中。
剪力墙结构是一种常见结构形式，特别是在量大面广的高层住宅中广泛应用。
剪力墙结构由于梁和板的跨度不大，梁和板的优化空间相对较小。
下面从墙肢布置、结构计算参数取值、性能控制指标( 如位移角) 三个方面讨论剪力墙结构的优化方法。
1 平面布置原则墙肢布置的优劣直接从宏观上影响整个建筑结构的力学性能和经济指标，因此优化布置是进行剪力墙结构优化设计的关键。
剪力墙布置宜遵循如下四点原则。
1. 1 墙肢对齐布置剪力墙构件作为高层剪力墙结构主要的抗侧移构件，进行结构设计时应充分发挥墙肢间的联动效用。
因此进行结构布置时，同一方向的墙肢宜均匀布置，在平面上形成多道联肢剪力墙协同工作，尽量避免剪力墙错位布置。
如图 1 所示的某高层住宅结构平面 Y 向存在 4 片墙肢刚好错位布置的情况( 图1 中框起部分的墙肢) 。
稍微调整该墙肢的位置，可形成 2 道联肢剪力墙，则对齐布置的计算模型局部侧向刚度可增加 10% 。
1. 2 墙肢均匀布置高层建筑结构在满足承受竖向荷载和结构抗侧移刚度的需要外，还应具有一定的抗扭转刚度。
具体设计过程中，可通过适当加强周边剪力墙以及外圈梁，调整结构刚度中心与结构平面几何形心、质量中心的相对位置，尽量做到“三心”重合的理想效果。
1. 3 避免使用短肢剪力墙或长墙由于短肢剪力墙的延性较差，且构造要求高，钢筋用量较大，结构布置时应避免使用短肢剪力墙。
墙肢长度过长，刚度过大，会造成地震力比较集中。
剪力墙结构中如果存在少量长墙，地震作用下的楼层剪力主要由这部分长墙承受，发生超烈度地震时该部分墙肢由于承受巨大的地震力往往首先破坏，由于其他墙肢的承载力较弱，容易造成剪力墙墙肢由强到弱各个击破的破坏形式，最终导致结构倒塌。
因此，进行剪力墙结构布置时宜使各墙肢刚度接近，尽量避免使用长墙。
1. 4 优先采用带翼缘墙L 形、T 形的剪力墙因墙肢端部的翼墙起到扶壁作用，稳定性较好，同时也比较容易满足框架梁搭接在剪力墙端部时钢筋的锚固长度要求，进行结构布置时宜优先采用，L 形、T 形墙的翼墙长度可控制在 0. 5 ～ 1. 0m，翼墙长度越短，则配筋越少。
剪力墙结构优化设计分析目录一、本文目的二、工程概况三、结构形式优化设计1、剪力墙布置优化2、梁、板布置优化四、经济性比较1、厚板与加次梁板跨的比较2、全楼经济性比较五、结构优化设计的一些方法六、结论一、 本文目的1、保证结构的安全、实用的前提下尽量使剪力墙结构布置合理以 达到最经济的目的；2、总结出结构优化布置的一些措施和方法以供以后工程中应用；二、 工程概况本工程为剪力墙结构，共23层，位于6度区，一层层高为5.4m，且为架空层，其余各层层高为3.0m，总高度为71.4m，建筑的平面面积为591mm2。
结构抗震等级为四级，本工程由于跟已施工的某个工程户型相同，因此本工程拟复用已施工工程的结构布置形式，且在原有结构形式基础上进行了优化。
图a 标准层建筑图三、 结构形式优化在高层剪力墙住宅建筑标准层单位面积含钢量中, 剪力墙用钢量约占50%左右，剪力墙边缘构件用钢量约占30% ~ 50%，另外梁板的合计用钢量约占40%左右，因此本工程主要对原有工程的结构形式进行了两方面的优化：1）剪力墙布置形式优化；2）梁、板布置形式优化。
在剪力墙布置形式的优化中主要考虑了结构的剪重比、轴压比、位移比等参数的影响，进而还对剪力墙边缘构件进行了优化设计。
1、剪力墙布置优化原工程结构布置形式如图b所示且命名为“形式一”。
图b 形式一原结构形式一STAWE的计算结果如表a所示，其中X向与Y向剪力墙布置比较均匀，并且计算结果满足规范参数的要求。
表a：结构形式周期 剪重比 位移比位移角地震作用下 风荷载作用下 X Y T X Y X Y X Y X Y形式一2.126 1.779 1.6997 0.81%0.91% 1.18 1.221/34041/4335 1/4302 1/4483形式2.732 2.272 2.2064 0.75%0.80% 1.14 1.231/21021/3218 1/1995 1/2291四从剪重比这一项可以看出原结构形式一中X向刚好满足规范要求的0.8%，Y向剪重比则大于0.8%，因此Y向刚度过大，有一定的富余，因此可以进行一定优化，减小剪力墙的数量，尽量使其刚度接近规范的最小要求，这样可以减少结构的用钢量。
剪力墙结构优缺点及优化设计阐述一、前言随着经济的发展，城市人口数量的不断增加，为了提高城市土地利用率，高层住宅不断地被建设，为了保障这些建筑的稳定性，我们需要从剪力墙入手对其结构设计进行优化。
二、剪力墙结构优缺点及优化设计的意义在实际的施工中，高层建筑剪力墙结构所采用的结构可分为好几类：钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构和混合结构。
但有些建筑结构在高层建筑中几乎不采用它们。
比如砌体材料有着较低的抗拉强度，而且它的抵抗水平荷载作用的能力以及延性都非常的差，所以一般不采用砌体结构。
近年来，高层建筑迅猛发展，原来的框架结构因为露梁露柱现象已经逐渐被淘汰，逐渐被剪力墙结构替代。
剪力墙是竖向构件，有着几十米甚至上百米的宽度，其可以承受很大水平地震力。
剪力墙结构的优点主要有：①刚度大是剪力墙结构的一大优势特点。
②外观结构整齐是剪力墙的又一亮点。
让框架结构露梁、露柱现象得到很好的解决实现，让承重墙数量得到降低，同时降低其成本。
剪力墙结构这些巨大的优点让它变得非常受欢迎，甚至成为现在高层住宅中主要采用的结构形式，这是剪力墙技术发展的有利时机，是我国建筑事业不断发展，逐步与国际接轨的标志。
但是剪力墙结构的设计中仍然存在以下几个问题需要我们去解决：剪力墙结构要求抗侧刚度大，这就会让上部结构和基础费用变多，让地震反应也变大。
其次就是它的构延性很差。
这都是需要进一步解决的关键性问题。
为了结构的安全性，设计师一般会采用相对来比较保守的设计方案，那就是对结构配筋进一步加强，让结构刚度得到提高。
刚度大的结构一般有以下特点，震灾较轻，但成本会大大增加，这种方法极不合理。
这个方案之所以没有被广泛的采纳，原因在于成本太高，同时也不能真正保证结构安全。
近年来工程界加大了这方面的关注力度，更多的关注到了剪力墙的优化设计工作，并且给予了很大支持和鼓励，相信对剪力墙结构的优化设计工作起到积极的推动作用。
这对于我们下一步的成本节约有着重大意义。
某剪力墙结构优化设计实践
摘要：钢筋混凝土结构的单位面积用钢量是关系到建设项目投资方经济收益的决定因素之一，结构设计应在保证结构安全并满足设计规范构造要求的前提下努力实现用钢量的节省，本文通过对某剪力墙结构住宅楼的结构优化设计，探讨了钢筋混凝土剪力墙结构的优化设计方法。
关键词：剪力墙结构结构布置优化设计配筋构造
1 引言
随着国民经济的不断发展，房地产开发蓬勃发展，成为支柱性产业；同时，房产开发商之间的竞争日趋激烈。
在住宅项目的开发中，房屋的土建造价的高低，将直接影响房产开发项目的经济效益。
而房屋的单位面积用钢量的大小是影响土建造价的决定性因素。
现在内行的投资方在签署委托设计合同时往往会提出对含钢量的限量
条款。
笔者认为只要该限量合理科学，就不应认为是苛刻条件。
结构设计在保证结构安全、各项配筋构造符合现行规范要求的前提下，使单位面积用钢量处于一个合理水平，不仅是设计者的职责，也是衡量设计单位技术水平和市场竞争力高低的重要标志。
桂林地区设防烈度6度，水平地震影响系数最大值αmax=0.04，特征周期tg=0.35s。
本文以一栋14层高，采用剪力墙（短肢）结构的住宅楼为例，简述此类工程优化设计方法。
2 工程概况
工程为一座14层住宅建筑，一层为架空停车及设备用房，上部
为居住建筑，出屋面塔楼2层，其中3～13层为标准层。
3 地基与基础
拟建场地内下覆泥盆系上统融县组灰岩。
建筑的场地类别为ⅱ类，场地内无液化土层。
从本工程地质资料分析，岩石层较浅，岩石层上面有硬塑红粘土层和可塑红粘土层及软塑红粘土层，上部土层不均匀。
因此采用沉管灌注桩基础，地基基础设计等级为乙级。
桩径d=500mm，桩尖支承在灰岩上，单桩承载力标准值为600kn（灰岩极限桩端阻力标准值为7000kpa，灰岩桩端承载力特征值
fak=3500kpa）。
平均桩长10m，最后桩长应以贯入度控制，贯入度为3～5mm。
优化设计采用的基础形式与原设计相同，根据上部荷载标准值确定桩数。
布桩时尽量使桩处于墙体下，这时承台避免受剪甚至抗弯，其厚度可较小，采用构造配筋率配筋则其配筋量就较少。
但大多情况下，布桩无法都设在墙体下，而使承台受剪受冲切，为了满足其受剪受冲切，设计中适当加大承台厚度，而不宜采用增加配筋来满足其抗剪或抗冲切要求，以达到减小用钢量的目的。
此外，由承台混凝土来满足抗剪或抗冲切后，承台的配筋就可采用低配筋率而不应也没必要提高配筋率（通常采用0.15%的配筋率）。
4 上部结构优化设计
建筑物抗震重要性为丙类。
抗震设防烈度为六度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组；结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别二类；采用（短肢）剪力墙结构（剪力墙全
部落地）。
框架梁抗震等级为四级，剪力墙抗震等级均为三级（满足《高规》7.1.2条规定）。
4.1 结构布置优化
本工程影响用钢量的宏观因素已经确定，如平面长度尺寸、长宽比、高宽比等；结构的梁、板平面布置根据建筑的使用功能确定，梁板的布置仅局部修改，使传力更加明确合理。
结构布置的优化主要在于剪力墙的布置优化。
本工程虽竖向体型规则，但平面形状为不规则平面，基于概念设计，结构设计采用如下措施改善结构性能：
4.1.1 取消部分楼、电梯间剪力墙以减小中部抗侧力构件的刚度，适当加长角部及边部剪力墙，改善结构抗扭性能，且可限制差异位移。
4.1.2 减小中部部分墙肢长度。
本工程一层为架空停车及设备用房，墙肢较短时对建筑功能的使用更加有利，在结构总体性能要求得到满足，且严格控制短肢剪力墙轴压比满足规范要求的前提下，适当减小墙肢的长度。
4.2 荷载的计算
重力荷载的计算是一切结构设计的基础之基础，牵一发而动全身，它的准确计算，关系到建筑物的实际安全度的准确控制，也关系到结构设计的经济效益。
尤忌在重力荷载计算开始即层层放大，以致最后心中无数，造成材料浪费、用钢量增加。
本工程原设计荷载计算值偏大，经过以下优化步骤减小荷载计算值，使计算值与实
际荷载值接近。
4.2.1 混凝土容重取值为24kn/m3。
对于现浇混凝土结构，混凝土容重的取值涉及到整栋建筑荷载的准确性，其取值应能较准确的反映建筑的实际荷载。
通常，在计算梁的自重时，要注意扣去梁板重叠部分的自重，但为了计算方便起见，板的均布荷载传递到梁上，是按梁格的中心线划分传递的。
pkpm系列软件[3]导算荷载时也未考虑扣去重叠部分板重。
计算表明，由于计算中未注意扣除梁板重叠部分的板重而引起的总重力荷载的增大的误差通常有10%～20%
左右；计算墙的自重时，同理要注意扣除墙板重复部分的板重，此重叠部分引起的总重力荷载的增大的误差通常也有5%左右。
以板厚为100mm为例，混凝土容重取25kn/m3，软件自动导算的梁自重比梁实际自重（包括抹灰自重，抹灰厚度按15mm，容重
17kn/m3）增大，增大系数为β，见“表ⅱ”。
因为软件导算板面荷载
时梁板重叠部分的自重被重复计算，此部分荷载与梁上的抹灰（装修）自重相抵消，且还有富裕，所以，在satwe中输入参数“混凝土容重”时，按照25kn/m3输入即可，不需加大。
此时板的恒荷载应计入钢筋混凝土板自重、房间面层自重及抹灰重一起输入，不要选“自动计算板自重”。
即使如此，梁自重的线荷载还是偏大的，但剪力墙的自重因未考虑抹灰的影响比实际有所减小（约减小6%），因剪力墙一般所占楼面面积比较小，同时考虑到梁的自重线荷载计算的增大，剪力墙抹灰的自重对结构的影响可以忽略。
表ⅱsatwe板荷载导算时梁自重增大系数β（%）
梁截面（b×h） 200×300 200×400 200×500 200x600
（kn/m）
1.16 1.71
2.26 2.81
（kn/m）
1.44 1.92
2.4 2.88
β（%） 24.3 12.3 6.2 2.4
注：
4.2.2 计算填充墙的自重时，注意扣除板（梁）高范围及洞口部分的墙体自重。
4.2.3 使用活荷裁的取值按《荷载规范》[4]采用。
其计算要注意根据《荷载规范》折减。
4.3 配筋的优化
由于设计规范中对构件的配筋构造有明确具体的规定，故设计中通常都不应违反，但在符合规范规定的前提下，仍有不少设计技巧能达到节省用钢量的目的。
4.3.1 剪力墙的配筋
本工程经过合理修改布置后，经过整体计算的剪力墙配筋大都为构造配筋。
这样其节点区主筋、箍筋以及墙段的水平分布筋的配筋率都可按规范规定的最小配筋率配置。
分别按照《高规》规定的底部加强部位和非加强部位的要求配筋。
抗震墙中的墙段竖向分布筋通常都不是由内力控制，其作用主要是固定水平分布筋，防止墙面
出现水平收缩裂缝，故其间距通常取200mm，最小直径8，仅需满足最小配筋率，不必随意提高其配筋量。
4.3.2 板的配筋
根据房间板块的大小和使用功能的不同，现浇板的厚度取值主要为80～120mm，板面恒荷载也根据板厚不同而增减，不必统一。
当板面需要采用贯通面筋时，贯通筋的配筋通常不需也不宜超过规定的最小配筋率（≥0.1%），支座不足够时再配以短筋，这样既符合规范规定又可节省用钢量。
本工程屋面按照《高规》要求设置双层双向钢筋，贯通面筋采用φ6@200，与支座面筋按照受力钢筋要求连接。
5 结束语
从目前看，在结构设计中钢筋和混凝土的用量比早期要多。
结构设计应首先考虑如何合理的节约建材，不用过多担心安全问题。
在设计中没有大的差错（如大量漏算荷载、大跨度的梁板截面过小及不恰当的处理悬挑构件等），现浇结构的安全可靠度不会发生问题。
在设计中过于强调结构的统一性、简便性，或对规范理解不透，对构件受力性能了解不够，都是造成浪费的原因。
结构的优化设计，绝不是用降低安全度来换取经济效益，也不是因为原设计保守而修改。
优化后的设计不仅没有降低结构的可靠度，而由于结构趋于合理，使之更加可靠。
参考文献
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