摘要：随着市场经济的不断发展，人们生活水平的不断提高和对能源大量消耗的关注，使人们对建筑提出了更高的要求，不仅要满足人们的舒适性，更要求节能和环保，这就需要建筑结构的优化设计。文章主要以某钢筋混凝土框架剪力墙结构为例，在对该建筑进行优化设计的基础上，总结出钢筋混凝土框架——剪力墙结构优化设计相关要点，可为相关工作者提供参考。
关键词：钢筋混凝土建筑,结构,优化设计
1 钢筋混凝土结构优化设计应用分析
1.1 工程概况
某钢筋混凝土框架——剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成，地下两层为停车库和设备用房。总建筑面积约2万m2，房屋平面布置为不规则形状。
1.2 结构设计要求
本工程采用钢筋混凝土框架——剪力墙结构，建筑结构的安全等级为二级。地震基本烈度为7度(0.1g，第二组，特征周期0.4s)，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度(0.1g，第二组)。地基基础设计等级为乙级。上部结构和负一层的框架抗震等级为二级，剪力墙为二级结构，负二层的框架抗震等级为三级。基本风压：Wo=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。
1.3 设计优化的原则
在满足结构设计现行规范和相关规定的前提下，通过大量计算和经验分析进行优化，遵循以下原则：保证结构的安全性和正常使用;保证结构具有合理的刚度，特殊部位应有局部加强;可以减小的结构构件，应进行有效的核减。
1.4 结构优化设计
高层框架剪力墙结构体系中，主要是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计，其中剪力墙的设计位置和数量就是关键。
1.4.1 钢筋混凝土框架结构的优化设计
在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面的优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征的配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征的变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各控制截面的控制内力也发生相应变化，据此进行下一步的优化设计。因此，结构优化就是一个不断迭代、渐进的寻优过程。
1.4.2 结构最优设防的选择
在预测地震烈度概率分析的基础下，使用专业地震安全评价报告的数据，采用模糊综合评定分析法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度，损失等级概率和震害损失的概率预估期望值，在满足最大投资期望和最大损失约束条件下，求出最优地震设防烈度值。
1.4.3 框架与剪力墙协同工作，承载力、刚度、延性能力的最佳匹配设计
剪力墙结构的设计主要是结构刚度和结构延性的最佳组合。结构刚度对结构的主要影响为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力能力的前提下的变形能力，因此可以采用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性，按规范对层间位移量和顶点位移总侧移的限值来控制结构的刚度和延性设计。
1.4.4 框架——剪力墙结构的优化设计
框架结构优化设计的原则就是结构优化的原则，通过一次性完成的结构件，逐步优化各个构件，以达到结构受力合理，节约投资的目的。
1.4.5 基础优化设计
(1)主楼和裙楼的基础分别设计，即依据地勘资料，主楼采用筏板基础，裙楼采用独立基础，基础底板或桩基承台要按照经验和计算结果设置，不得随意增加厚度或加大钢筋。例如在地下室基础的初步设计工作中，原初步设计地下室基础拟全部采用筏板基础，经审核计算后，提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法能做到节约钢筋、混凝土。同时保证结构安全，施工简便，能达到更加节省工程成本目的。
(2)对地下室有防水要求的基础底板，裂缝宽度可控制为 0.2mm;地下室顶板及外墙，要求荷载取值准确、有些荷载可根据实际情况选用，不得累加。
(3)作为塔楼的嵌固端，地下室的顶板不宜太薄，在覆土不太厚的情况下，采用十字梁较好，在覆土较厚时，采用井字梁较宜。
(4)依据地质勘察报告，基础持力层为中密卵石层，A、B栋塔楼采用筏板基础，裙楼基础采用独立柱基础加抗水底板，裙楼和纯地下室部分采用抗浮锚杆。
1.4.6 强化“强柱弱梁、强剪弱弯”设计理念
框架结构的柱、剪力墙设计要引起重视，要加强设计;而梁和板的配筋不宜调大，梁的设计变量主要是截面高、宽及纵向受拉钢筋的截面积和架立钢筋的截面积，优化设计主要针对以上设计变量进行优化，因此梁的截面尽量按正常值取定，少做宽扁梁，配筋率也应控制在 1.5%左右，次梁的箍筋宜分为加密区和非加密区。
1.4.7 楼板优化设计
1.5 优化设计效果考虑到楼板要预埋管道的要求，楼板较薄时施工容易造成裂缝，因此楼板设计时采用弹性假定，不采用塑性假定设计，计算楼板厚度、配筋的折减等，精心配筋。最小配筋率取 0.2 和 0.45 ft/fy 中较大值相同板厚时混凝土强度等级低、钢筋强度大时，最小配筋率低，故优先采用三级筋;板中抗裂钢筋(分布筋)最小配筋率为 0.1%，当 120mm厚板时，可用Ф6@150;尽量不用大跨厚板。
高层建筑的结构优化是一个亟待解决和非常复杂的工程难题，结构优化带来的经济效益也是巨大的，因此研究和开发应用钢筋混凝土结构优化技术对节约工程投资具有重大意义。为验证设计优化的有效性，分析结构设计的初步方案，采用工程所在地的市场价格。本工程的最终优化的结果为：节约钢筋65t，节约资金约32万元。
2 钢筋混凝土结构优化设计要点总结分析
本文通过对某框架——剪力墙建筑结构优化设计分析，给相关工程设计提供了借鉴，除了工程实践中所分析优化设计方法外，笔者还得出了以下几点关于框架——剪力墙结构优化设计要点：
(1)分散：剪力墙的布置应考虑地震力分散作用于刚度大致相等的多片剪力墙上。因为如果地震力集中作用到一两片刚度很大的剪力墙上，会造成墙体内力很大，截面设计困难，且主要受力剪力墙一旦破坏后，其余较弱剪力墙和框架很难额外负担起该剪力墙传来的很大地震力，以致出现破坏。
(2)均匀：同方向的各片剪力墙应比较均匀地布置在建筑平面的各个区段，而不是集中于某一区段内，以防止因楼盖过大的水平变形导致地震力在各框架间的不均匀分配。
(3)周边：剪力墙尽可能沿结构平面的周边布置，以获得结构抗力的最大水平力臂，充分提高整个结构的抗扭转能力。
(4)对称：剪力墙应尽量做到对称布置，如果在平面上难于做到对称布置时，可通过调整剪力墙的长度和厚度，使结构的抗推刚度中心尽量与质量中心相接近，缩小偏心距，以减弱地震时结构的扭转振动。
(5)在一个独立结构单元内，同一方向的各片剪力墙不宜是单肢墙，应多设置一些双肢墙或多肢墙，单个剪力墙构件宜设计成周边有梁柱(或暗梁柱)的带边框剪力墙，纵横向剪力墙宜连在一起形成 L 形，T 形，[形，十字形等。以避免同方向所有剪力墙同时在底部屈服而形成不稳定的侧移机构。
(6)一般情况下，剪力墙布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处或楼盖水平刚度剧变处、楼梯间、电梯及管道并。纵向剪力墙不宜设置在独立结构单元的两端，以免纵向框架梁和楼板因受到变形约束的区段过长而产生较大的收缩和温度应力。
(7)剪力墙的门窗洞宣上下对齐，形成明确的墙肢和连梁，不宜采用错洞墙。剪力墙的布置对结构抗侧刚度有很大影响，剪力墙缘高度不连续，将造成结构刚度突变，故尽量不设转角窗;无法避免时，应在转角处采取增大墙厚、板厚及设暗梁等加强措施，以保证相邻楼层刚度的减弱不宜大于 30%。
(8)剪力墙宜设置在墙面不需要开大洞的位置(保证足够的刚度)：剪力墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比不宜大于 3。如超过时，应计入楼盖平面内变形的影响。
(9)剪力墙的特点是平面内刚度和承载能力较大，而平面外刚度和承载能力相对很小。因而应尽量避免剪力墙平面外的弯距。楼面梁不宜单侧垂直搁置于一字形剪力墙上，当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应按规范要求采取措施。
(10)结构平面应布置一些短肢剪力墙，形成短肢剪力墙与一般剪力墙共同抵抗水平力的剪力墙体系。
(11)轴压比也是剪力墙设计的一个重要参考指标，当其太小时说明没有充分发挥材料的力学性能，应减少布置一些剪力墙。
(12)一个刚度较小的结构所承担的楼层剪力与弯矩也较小。
3 结语
文章从钢筋混凝土结构优化设计应用出发，总结出了钢筋混凝土框架——剪力墙结构建筑优化设计方法，具有一定的实际意义，也符合目前建筑结构设计发展需要。除了笔者所述以上要点外，钢筋混凝土结构优化还需以先进设计理念为指导，借助先进的建筑结构设计软件，融入科学的结构设计优化流程，从整体上提高钢筋混凝土结构建筑优化设计水平。
参考文献：
[1] 林丽霞,吴亚平,丁南宏,苏强. 钢筋混凝土箱梁非线性及剪滞效应的试验研究[J]. 实验力学.
[2] 曾继荣. 浅议民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J]. 四川建筑. 2010(04)
[3] 赵志. 钢筋混凝土剪力墙结构设计中几个常见问题探讨[J]. 中国高新技术企业. 2008(06)
[4] 蔡发生. 高层建筑混凝土剪力墙裂缝的原因分析及控制措施[J]. 科技创新导报. 2009(14)
[5] 张黎明,郭惠. 钢筋混凝土框架—剪力墙设计中的若干问题[J]. 江苏理工大学学报. 2000(04)