剪力墻結(jié)構(gòu)是一種常見結(jié)構(gòu)形式，特別是在量大面廣的高層住宅中廣泛應(yīng)用。剪力墻結(jié)構(gòu)由于梁和板的跨度不大，梁和板的優(yōu)化空間相對較小。下面從墻肢布置、結(jié)構(gòu)計算參數(shù)取值、性能控制指標(biāo)( 如位移角) 三個方面討論剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法。
1.平面布置原則
墻肢布置的優(yōu)劣直接從宏觀上影響整個建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，因此優(yōu)化布置是進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。剪力墻布置宜遵循如下四點原則。
1. 1 墻肢對齊布置
剪力墻構(gòu)件作為高層剪力墻結(jié)構(gòu)主要的抗側(cè)移構(gòu)件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)充分發(fā)揮墻肢間的聯(lián)動效用。因此進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時，同一方向的墻肢宜均勻布置，在平面上形成多道聯(lián)肢剪力墻協(xié)同工作，盡量避免剪力墻錯位布置。如圖 1 所示的某高層住宅結(jié)構(gòu)平面 y 向存在 4 片墻肢剛好錯位布置的情況( 圖1 中框起部分的墻肢) 。稍微調(diào)整該墻肢的位置，可形成 2 道聯(lián)肢剪力墻，則對齊布置的計算模型局部側(cè)向剛度可增加 10% 。
1. 2 墻肢均勻布置
高層建筑結(jié)構(gòu)在滿足承受豎向荷載和結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的需要外，還應(yīng)具有一定的抗扭轉(zhuǎn)剛度。具體設(shè)計過程中，可通過適當(dāng)加強周邊剪力墻以及外圈梁，調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度中心與結(jié)構(gòu)平面幾何形心、質(zhì)量中心的 相 對 位 置，盡 量 做 到“三 心”重 合 的 理 想效果。
1. 3 避免使用短肢剪力墻或長墻
由于短肢剪力墻的延性較差，且構(gòu)造要求高，鋼筋用量較大，結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)避免使用短肢剪力墻。墻肢長度過長，剛度過大，會造成地震力比較集中。剪力墻結(jié)構(gòu)中如果存在少量長墻，地震作用下的樓層剪力主要由這部分長墻承受，發(fā)生超烈度地震時該部分墻肢由于承受巨大的地震力往往首先破壞，由于其他墻肢的承載力較弱，容易造成剪力墻墻肢由強到弱各個擊破的破壞形式，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。因此，進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)布置時宜使各墻肢剛度
接近，盡量避免使用長墻。
1. 4 優(yōu)先采用帶翼緣墻
l 形、t 形的剪力墻因墻肢端部的翼墻起到扶壁作用，穩(wěn)定性較好，同時也比較容易滿足框架梁搭接在剪力墻端部時鋼筋的錨固長度要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時宜優(yōu)先采用，l 形、t 形墻的翼墻長度可控 制 在 0. 5 ～ 1. 0m，翼 墻 長 度 越短，則 配 筋越少。
2.計算參數(shù)的敏感性
對剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋用量敏感的參數(shù)包括: 周期折減系數(shù)、連梁剛度折減系數(shù)、梁剛度增大系數(shù)、考慮壓筋影響的梁配筋計算、考慮樓板作為翼緣的梁配筋計算、樓板計算假定、次梁的抗震等級等。限于篇幅，以下選取周期折減系數(shù)、樓板計算假定和次梁的抗震等級進(jìn)行分析。
2. 1 周期折減系數(shù)
周期折減系數(shù)不影響結(jié)構(gòu)剛度，但影響結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)大小。周期折減系數(shù)可通過軟件計算得到，如采用 gssap 軟件分別計算有填充墻模型和無填充墻模型的第一周期，以這兩個周期的比值作為折減依據(jù)。
某 12 層剪力墻結(jié)構(gòu)三維計算模型如圖 2 所示，該結(jié)構(gòu)填充墻比較多，計算得到的周期折減系數(shù)為0. 95。某 32 層剪力墻結(jié)構(gòu)三維計算模型如圖 3 所示，該結(jié)構(gòu)填充墻比較少，計算得到的周期折減系數(shù)為 1. 0。兩模型的計算結(jié)果見表 1。
充墻剛度) 的基本周期來確定。
2. 2 樓板計算假定
在結(jié)構(gòu)整體計算中，一般情況下樓板可采用剛性板或彈性板假定。剛性板假定下可通過梁剛度放大系數(shù)考慮樓板的剛度貢獻(xiàn)，而彈性板假定下，樓板與梁共同工作，較真實地考慮了樓板面外剛度的貢獻(xiàn)。采用不同的樓板假定所計算得到的梁板內(nèi)力分配不同，從而梁板的計算配筋也不同。
某 32 層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)，其標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖 4 所示，樓板分別采用剛性板( 中梁剛度放大系數(shù)取 1. 8) 和彈性板( 殼元) 假設(shè)進(jìn)行計算，得到的結(jié)構(gòu)第一周期分別是 2. 784s 和 3. 025s，可見，基于彈性板假定的結(jié)構(gòu)整體剛度比剛性板假定大，基于彈性板假定計算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計比基于剛性板假定要節(jié)省鋼材，每平方米梁鋼筋用量減少約 2kg。
2. 3 次梁的抗震等級
采用常用設(shè)計軟件建模時，與墻相連的梁的建模一般按主梁輸入，是否按次梁設(shè)計由軟件判斷或工程師指定。次梁是非抗震構(gòu)件，若按抗震構(gòu)件設(shè)計將提高梁的最小配筋率和其他構(gòu)造要求。當(dāng)前全國各地對次梁的判斷有如下 5 種選擇( 按次梁數(shù)量從少到多排列) : 1) 所有與墻肢垂直相連的梁判斷為框架梁; 2) 有一端與墻垂直相連的梁判斷為次梁; 3) 兩端與墻垂直相連的梁判斷為次梁; 4) 一端與墻方向一致，另一端搭在梁上的梁判斷為次梁;5) 一端與墻方向一致，另一端不論如何搭接均判斷為次梁。目前多數(shù)采用第 3 種情況，即兩端與墻垂直相連的梁判斷為次梁。
3.不同層間位移角的材料用量比較
某品字形高層住宅，結(jié)構(gòu)總高度為 97. 5m，地下1 層，地上 32 層，首層層高 4. 5m，標(biāo)準(zhǔn)層層高 3m，結(jié)構(gòu)平面布置如圖 5 所示。本工程位于 7 度區(qū)，基本地震加速度 0. 10g，ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第一組，基本風(fēng)壓 0. 30kn /m2 ，地面粗糙度為 b 類。
通過修改抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和局部調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使得結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的最大層間位移 角 分 別 滿 足 1 /700，1 /800，1 /1 000，1 /1 300，1 /1 600的限值要求。
由表 2 可知，層間位移角按 1 /1 300 的限值控制的鋼筋用量最少，層間位移角按 1 /700 的限值控制的混凝土用量最少?？梢姡Y(jié)構(gòu)剛度越大，剪力墻用鋼量越大，梁用鋼量越小，但混凝土用量越大。比較材料總造價，則層間位移角限值越大越節(jié)省材料用量; 若執(zhí)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( jgj 3—2010) ( 簡稱高規(guī)) ，則層間位移角接近1 /1 000 限值時材料用量最節(jié)省; 若執(zhí)行廣東省高規(guī) ，則層間位移角接近 1 /800 限值時材料用量最節(jié)省。