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摘要：高层建筑剪力墙结构作为高层建筑的主体结构，保证其稳定性和可靠性是结构工程师的主要工作，但近年来，住宅项目逐渐增多，剪力墙结构也随之产业化、模式化。本文将根据笔者近年的住宅工作经验，总结相关的高层建筑剪力墙结构设计。
关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计；总结
前言
随着我国的经济快速发展，建筑行业也在不断地更新换代，随着建筑技术的不断发展，建筑高度已经成为了建筑行业不断挑战的对象。在现代建筑中，由于城市化发展进程的不断加快，城市用地逐渐缩小，用地容积率逐渐增大，在这样的高压背景下，高层建筑应运而生并蓬勃发展。在当下的城市经典小区建设中，往往设置高层建筑满足城市用地的绿地率标准与城市用地的容积率标准。笔者经由多年的设计经验对高层建筑剪力墙的结构设计进行问题总结，以期为同行提供借鉴参考。
1高层建筑剪力墙结构设计的重要性
1.1高层建筑作为解决当下用地紧张的建筑产品，其建筑的可靠性十分重要，但作为住宅产品，高层建筑的盈利性对房地产开发公司而言具有更重要的意义。因此，在设计高层建筑的剪力墙结构时，不仅需要满足稳定性的要求、国家规范规定的标准，更要思考在这两者的前提下为房地产开发公司牟利的设计方案。
1.2高层建筑从力学的基础模型看，就是一个稳定在平面（地面）上的悬臂梁，其地基部分的构造受到弯矩的作用；垂直方向上高层建筑建筑受到来自自身的重力荷载。地基部分的弯矩作用往往来自高层建筑所受到的风力、地震波动等自然环境带来的水平外力，这部分力往往方向未定，但对建筑的影响却不能忽视，尤其是在建筑越高的时候越是如此。为了消除弯矩对建筑产生的影响，通常建筑底部的剪力墙需要达到200的厚度，且根据形状与建筑核心筒（以高层建筑爬梯为中心区域辐射出去且不包括户内的部分）设计布置剪力墙，使其整体达到足够的强度。
1.3高层建筑由于是基于剪力墙结构设计的建筑体，其内部空间在布置上存在房间布置灵活但整体可用空间较小等特点。基于这种特点，高层建筑在布置配套设备时候需要相关的设计人员仔细思考，尽力避免剪力墙开洞设置。
1.4由于当下我国的国防系统要求，小区内大多应设置二等人员的避难场所，及设计行业传统说法中的人防设计。由于人防设计中的口部设计具有相对的负责性，其口部的隔墙结构为了满足防爆波的要求，不仅需要设置自重相当大的防爆波门，更得加大剪力墙的厚度。在相关的人防设计中，需要结构工程师根据结合现有的住宅楼地下剪力墙设计人防口部，这样可以避免单设口部时候增加建设成本的情况。
1.5设备专业的穿孔
由于当下的住宅设计中大多以地下室的空间作为能源中心，配电室以及热力小室等能源设备均设置于地下室内，但地下室的剪力墙往往形状不规则，管道穿墙的情况屡见不鲜，因此结构工程师应该在满足设备穿管要求的情况下试算相关荷载。
2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
2.1建立结构优化的模型
在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的设计优化。下面将对每一步骤进行详细的介绍：
2.1.1要对设计变量进行合理的选择
通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
2.1.2对目标函数进行确定
在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的截面积以及相应的失效的概率的函数，使得工程造价最少。
2.1.3对约束条件进行确定
对于房屋的结构的设计优化来说，必须确保结构的可靠度，来对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，再确保每个约束条件都必须满足相关要求，以实现最佳的设计。
2.2对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉氏乘子法、复合形法、Powell法等。
2.3进行程序的相关设计
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计的基本模型以及所使用的优化设计的计算方法，可以编写一个具有运算速度快以及功能齐全的综合应用程序。
2.4结果分析
我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，然后选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们考虑问题必须全面，并且要对问题进行多角度的考虑。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济上的节约，而忽略技术上的相关要求，是不正确的；同样只考虑技术上的要求，而不考虑经济的要求，也是不合理的。我们必须对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。
3结构设计优化技术的实践应用
对于项目的前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计方面均能够采用结构设计优化设计的方法。下面对实践应用中的问题进行必要的说明：
3.1结构设计优化应注意前期参与
前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多结构设计忽略了这一点，所以我们应该注意。前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案。
3.2概念设计结合细部结构设计优化
在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。
在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，例如，在现浇的混凝土异形的板料，其拐弯处容易开裂，我们可以简化成矩形板，然后再合理的选择钢筋，在满足其结构的基本要求条件下，达到既安全又经济的目的。
3.3下部地基基础结构的设计优化
在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的方案，如可以根据工地的地质条件选择相应的桩基类型，并尽量减少相应的工程造价。并根据桩端的持力层的厚度合理的选择灌注桩的桩长度，通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。
结语
随着建筑技术的不断发展，建筑结构也在不断地推陈出新，近年来已经出现了一批以建筑模块化为特色的高层建筑项目，且运行良好。但作为结构工程师而言，无论采用的建筑材料如何，采用的建筑模式如何，结构工程师都应该对建筑结构负有主要责任。本文仅仅只是根据笔者近年来的工作经验对建筑结构设计的总结，阐述了当下高层建筑结构设计中的需要注意的细节与特点，并对笔者平日里的工作思考进行了详细的阐述，希望以此文抛砖引玉，总结经验的同时也在不断提高自身的业务水平。
参考文献
［1］GB50011－2010建筑抗震设计规范．中国建筑工业出版社，2010．
［2］JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程．中国建筑工业出版社，2002．
［3］沈蒲生．高层建筑结构设计．中国建筑工业出版社，2006．