探討高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

池雪雷

（中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 河北 石家莊 050000）

0 引言

高層住宅憑借其占地面積小、容量大、土地使用率高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到政府的鼓勵(lì)和開(kāi)發(fā)商的青睞，高樓大廈已經(jīng)成為高度城鎮(zhèn)化的代名詞。目前，使用鋼筋和混凝土制作的剪力墻結(jié)構(gòu)是主要的高層住宅設(shè)計(jì)形式，其具有穩(wěn)定性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，然而，隨著房地產(chǎn)市場(chǎng)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)商對(duì)高層住宅的經(jīng)濟(jì)成本提出了要求，這就使得設(shè)計(jì)師必須采取良好的措施減少鋼筋混凝土用量的同時(shí)保證建筑的承重能力和穩(wěn)定性。因此，優(yōu)化高層住宅剪力墻設(shè)計(jì)方案、尋找合適的力學(xué)結(jié)構(gòu)是當(dāng)今高層住宅設(shè)計(jì)的重中之重。

1 高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計(jì)基本原則

1.1 保證合理的經(jīng)濟(jì)成本

實(shí)際工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須采取合理的結(jié)構(gòu)，減少不必要的成本浪費(fèi)。例如剪力墻設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能處于水平或垂直平面，減少突起、拐彎等情況，建筑平面的長(zhǎng)度和寬度也應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，降低施工困難度，從而降低施工成本。不規(guī)則、不規(guī)范的剪力墻設(shè)計(jì)不僅會(huì)增加施工成本，也會(huì)帶來(lái)質(zhì)量檢測(cè)成本的提高，建筑后續(xù)的優(yōu)化和修繕措施成本也會(huì)顯著增多。因此，控制經(jīng)濟(jì)成本是結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計(jì)的原則之一，標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化設(shè)計(jì)是保證合理經(jīng)濟(jì)成本的關(guān)鍵。

1.2 抗風(fēng)抗震動(dòng)能力達(dá)標(biāo)

對(duì)高層住宅最基本的要求是其安全性，即需要保證在大風(fēng)、地震等情況下住宅的穩(wěn)定性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化要求，只有抗風(fēng)、抗震動(dòng)能力達(dá)標(biāo)才能保證居住人員的生命安全。首先需要保證剪力墻的抗側(cè)移能力，通常用施加的水平壓力與造成的水平位移之比來(lái)衡量，抗側(cè)移能力越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越強(qiáng)；其次需要保證剪力墻的抗扭轉(zhuǎn)效應(yīng)能力，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是指由于平面分布不規(guī)則導(dǎo)致的樓層最大層間位移大于樓體兩端的層間水位移，如果剪力墻結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)效應(yīng)能力弱會(huì)導(dǎo)致地震來(lái)臨時(shí)樓體出現(xiàn)明顯扭轉(zhuǎn)，造成巨大的安全隱患。

1.3 保證合理的設(shè)計(jì)基本布局

合理的布局便于施工，并且是保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵。主要有以下3 個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)：首先，保證剪力墻的走向與高層建筑軸線(xiàn)平行或垂直，并且需要保證墻體四周抗側(cè)移能力相近，保證建筑結(jié)構(gòu)的抗地震能力；其次，應(yīng)保證剪力墻在垂直方向的分布均勻，隨著樓層的升高需要調(diào)整剪力墻的分布位置及其厚度，避免出現(xiàn)承重能力突變?cè)斐蓸求w坍塌；最后，應(yīng)綜合利用各種形式的剪力墻結(jié)構(gòu)，保證一般剪力墻與短肢剪力墻交叉使用，形成高抵抗外界影響的穩(wěn)定體系。

2 高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)可能遇到的困難和挑戰(zhàn)

2.1 后期優(yōu)化難度高

許多高層住宅初始設(shè)計(jì)不合理，例如剪力墻橫向分布不對(duì)稱(chēng)、縱向分布錯(cuò)位等，導(dǎo)致建筑穩(wěn)定性差、施工困難等問(wèn)題，導(dǎo)致后期優(yōu)化難度較高。

2.2 設(shè)計(jì)周期短

快節(jié)奏的社會(huì)環(huán)境影響了生活的方方面面，在建筑設(shè)計(jì)行業(yè)中，越來(lái)越短的設(shè)計(jì)周期需要設(shè)計(jì)師具備一定的工作經(jīng)驗(yàn)，更加考驗(yàn)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力、耐心和體力，是當(dāng)前高層住宅剪力墻設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)所面臨的挑戰(zhàn)。

3 高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

3.1 優(yōu)化剪力墻平面分布

合理的剪力墻平面分布可以提高建筑的穩(wěn)定性，在抗風(fēng)、抗震等方面有很大的意義。剪力墻的平面分布設(shè)計(jì)可以?xún)?yōu)化：

（1） 保持剪力墻表面平整，平整的剪力墻可以保證受力均勻，減少壓力突然變化引起的建筑物不穩(wěn)定；

（2） 減少剪力墻平面外彎矩，可以通過(guò)添加輔助墻肢、扶壁柱等結(jié)構(gòu)來(lái)緩解外彎矩帶來(lái)的負(fù)面影響；

（3） 保證剪力墻對(duì)稱(chēng)分布于高層建筑中心軸的兩側(cè)，提高建筑的抗側(cè)力、降低建筑的扭矩，提高抗震能力；

（4） 對(duì)于不同的層數(shù)設(shè)計(jì)不同的剪力墻剛度，提高建筑物的承載力。

3.2 保證剪力墻的延展度

在高層建筑中，容易遇到需要配備較高剪力墻的情況，如果剪力墻延展度不高、彎曲性能差會(huì)導(dǎo)致建筑不穩(wěn)定，因此，可以采用易于延展的具有一定彎曲性的剪力墻來(lái)提高建筑的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。

3.3 盡量使用長(zhǎng)度合理的剪力墻

實(shí)際應(yīng)用中，盡量減少短肢墻的使用不僅可以降低施工難度，而且可以充分利用剪力墻的抗側(cè)移能力，并且，減少短肢墻的使用可以降低需要的鋼筋數(shù)量、節(jié)約成本。

3.4 合理設(shè)計(jì)剪力墻剛度分布

剪力墻的剛度分布對(duì)于高層建筑的抗扭轉(zhuǎn)性和抗側(cè)力十分重要，因此，應(yīng)該盡量保證建筑四周剪力墻剛度高、建筑中間剪力墻剛度低。并且，應(yīng)該增加建筑周?chē)募袅?shù)量、降低電梯間區(qū)域剪力墻數(shù)量，以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度、抗側(cè)翻能力、位移比等關(guān)鍵參數(shù)。

3.5 采用合理的剪力墻形狀

形狀復(fù)雜的剪力墻會(huì)造成受力分析復(fù)雜、施工困難等問(wèn)題，實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少使用，同時(shí)，一字型剪力墻抗震能力低，平面外穩(wěn)定性容易被破壞，因此，應(yīng)該采用合理的剪力墻形狀，盡量使用L 型或T 型剪力墻保證墻體良好的穩(wěn)定性、充分發(fā)揮鋼筋的承重能力。

3.6 優(yōu)化剪力墻搭配鋼筋比例

鋼筋是剪力墻結(jié)構(gòu)的核心成分之一，也是剪力墻承重的主要材料，在進(jìn)行高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮對(duì)鋼筋配比的優(yōu)化。

3.7 采用高強(qiáng)度材料

鋼筋混凝土是當(dāng)今剪力墻結(jié)構(gòu)的主要組成材料，但是其具有重量大、成本高等特點(diǎn)，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，可以增加對(duì)高強(qiáng)度鋼筋混凝土的使用，以減少單位承重力需要的材料數(shù)量、減小結(jié)構(gòu)尺寸，此外，在隔墻等結(jié)構(gòu)上適當(dāng)采用輕質(zhì)墻板等材料可以進(jìn)一步減小樓體重量，是降低成本的有效措施。

4 結(jié)語(yǔ)

城市化進(jìn)程的加快和人民生活水平的提高推動(dòng)著建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，高層住宅的出現(xiàn)有效解決了土地資源緊張、城市人口密集等問(wèn)題，但隨之而來(lái)的是對(duì)保障高層建筑穩(wěn)定性和安全性的需求，因此，探討高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)方案是十分有必要的。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須保證合理的經(jīng)濟(jì)成本和達(dá)標(biāo)的抗風(fēng)、抗震能力等基本原則，可以從優(yōu)化剪力墻平面分布、保證剪力墻延展度、盡量采用長(zhǎng)度、厚度、剛度合理的剪力墻分布等方面進(jìn)行優(yōu)化。然而，目前高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化還面臨著優(yōu)化難度高、設(shè)計(jì)周期短等問(wèn)題，為建筑設(shè)計(jì)師帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。