摘要：隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，高層建筑物對于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求越來越高。剪力墻結(jié)構(gòu)作為我國高層建筑的首選結(jié)構(gòu)形式，越來越受到人們的重視，對其進行優(yōu)化設(shè)計就顯得尤為重要。本文通過工程實例對剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行了全面的闡述。

關(guān)鍵詞：剪力墻；特點；優(yōu)化設(shè)計；用鋼量

1 剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點

剪力墻是鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)中不可缺少的構(gòu)件。剪力墻是截面高度大而厚度相對很小的片狀構(gòu)件，其承受豎向荷載及水平荷載的能力較強，而且整體性好、側(cè)向剛度大、平面內(nèi)剛度大、水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置。雖然剪力墻的優(yōu)點較多，但同時也存在剪切變形相對較大、平面外剛度較弱、不能為房屋提供較大開間等缺點。此外，剪力墻開洞后的形式變化較多，受力比較復(fù)雜，因而了解剪力墻的特性，發(fā)揮其所長，克服其所短，是正確設(shè)計剪力墻的關(guān)鍵。

為了承受各個方向的水平力，對于矩形平面，剪力墻在縱橫雙向均應(yīng)設(shè)置；對于圓形平面，剪力墻應(yīng)沿徑向及環(huán)向設(shè)置；對于三角形平面，剪力墻宜沿三個主軸方向設(shè)置。

剪力墻結(jié)構(gòu)剛度很大，但剛度大小問題歷來爭議較多，通過歷次震害表明，剛度較大的結(jié)構(gòu)一般震害較輕。然而結(jié)構(gòu)剛度不能無限增大，因為一般情況下，建筑物剛度越大，工程造價越高，這里有個“度”的問題。對于高層建筑，控制這個度主要有兩個因素，一個是控制結(jié)構(gòu)的水平位移，應(yīng)使結(jié)構(gòu)水平位移滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）中有關(guān)結(jié)構(gòu)水平位移的限值；另一個是控制地震力，因為在地震力計算值偏小的情況下，有時也會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)頂部位移滿足要求、構(gòu)件為構(gòu)造配筋的安全假象。所以，只有剪力在合理范圍內(nèi)，計算并檢查位移、內(nèi)力及配筋情況才有意義。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中為了合理布置剪力墻，其底部剪力系數(shù)a= 底部剪力/ 結(jié)構(gòu)自重。

在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，既要發(fā)揮它具有足夠的抗側(cè)能力等優(yōu)點，又要改進其工程費用較高的缺點，因此優(yōu)化設(shè)計成了必不可少的手段。結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，本文對剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案進行了淺析。

2 設(shè)計實例

某樓盤為7 棟27 層高層住宅樓，建筑高度為71. 5 m，地下一層為連通地下停車場及設(shè)備用房的人防地下室，主樓地面以上首層為商鋪，層高5. 5m，二層以上為層高3 m 的住宅。

要求控制用鋼量地面以上不大于65 kg/ m2，經(jīng)比較，7 棟高層住宅均采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。地下車度雙車環(huán)道不穿過主樓底部，地下主樓內(nèi)部開間作為設(shè)備用房及停車位，所有剪力墻均直接落地。

1）結(jié)構(gòu)體系及特點

由于本工程建筑高寬比大于高規(guī)要求的6 度區(qū)A 級高度剪力墻結(jié)構(gòu)高寬比限值6，表明結(jié)構(gòu)寬度方向剛度較薄弱，采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系很有必要。因此剪力墻的布置應(yīng)注意增強結(jié)構(gòu)寬度方向的抗側(cè)剛度，整體計算應(yīng)注意結(jié)構(gòu)寬度方向的剛度、位移、穩(wěn)定性等指標滿足高規(guī)的要求。剪力墻基本按開間布置，電梯井中部隔墻采用砌塊填充墻。底部剪力墻厚度300 mm，上部200 mm，建筑高度不大于80 m，抗震等級為四級。

2）優(yōu)化設(shè)計措施

剪力墻的延性設(shè)計，主要為弱化剪力墻和連梁剛度。對于存在連梁的剪力墻結(jié)構(gòu)工程中，所應(yīng)用的大多數(shù)都是采用普通的受彎縱向鋼筋和抗剪箍筋，這樣就導(dǎo)致剪力墻的延性較差；而采用斜向交叉配筋的連梁延性較好，但是因為受到條件的限制而應(yīng)用較少。控制剪力墻的墻肢長度，把長墻分割成開洞（結(jié)構(gòu)洞或門窗洞）連肢墻，洞頂設(shè)置跨高比大于等于5 的弱連梁，結(jié)構(gòu)洞及窗臺用砌體砌筑，弱化后的剪力墻及連梁具有較輕的自重、更大的延性和抗震耗能能力，鋼筋用量也較小。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計整體布局來看，在水平荷載作用下，剪力墻邊緣構(gòu)件的配筋往往是構(gòu)造配筋。而邊緣構(gòu)件斷面的確定與剪力墻的布置有很大的關(guān)系，因此，本工程首先調(diào)整剪力墻的布置，使之盡可能的合理對稱，這樣既增加了結(jié)構(gòu)的安全性，又節(jié)省了造價。

本工程在設(shè)計過程中也對含鋼量進行了控制。為了進一步控制用鋼量，采取了梁縱筋及箍筋均采用3 級鋼、減輕填充墻荷載，并對建筑中的次要部位（陽臺欄桿和女兒墻等）采用磚砌塊砌筑，減小這些構(gòu)件鋼筋用量等優(yōu)化措施。通過以上幾點措施，本工程很好地控制了用鋼量，提高了經(jīng)濟效益。

對于本工程的適用性而言，建筑功能上以住宅為主，建筑平面較規(guī)則對稱、地下車庫的雙車環(huán)道不穿過高層主樓底部，預(yù)期用鋼量為65 kg/ m2左右的高層住宅樓盤，可參考選擇本實例的剪力墻結(jié)構(gòu)體系，并應(yīng)對剪力墻進行合理布置及延性設(shè)計，可明顯減少剪力墻的用鋼量。

優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，能使結(jié)構(gòu)受力均衡，相關(guān)措施應(yīng)用得當(dāng)，結(jié)構(gòu)整體安全可靠度好，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件都能同時發(fā)揮其最大作用，減少工程用鋼量等，這樣設(shè)計的結(jié)構(gòu)才能達到既經(jīng)濟又合理的目的。

3 結(jié)論

優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅是減少含鋼量，在整個結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中要注意以下3 點：

a. 在建筑的方案階段結(jié)構(gòu)就應(yīng)該提早介入，這一步驟十分必要。因為很多建筑設(shè)計人員對結(jié)構(gòu)的概念很模糊，有時設(shè)計出來的建筑，結(jié)構(gòu)處理起來很麻煩，很容易引起工程造價的偏高；因此結(jié)構(gòu)應(yīng)在早期介入，配合建筑完成相關(guān)設(shè)計。

b. 設(shè)計過程應(yīng)有一套嚴格的管理制度。設(shè)計過程中必須控制好的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，嚴格按照設(shè)計流程做好精細化設(shè)計。

c. 如果條件允許，設(shè)計過程中適時、適當(dāng)?shù)囊胪獠抠Y源。聘請專業(yè)化的設(shè)計顧問公司，程進行工程設(shè)計的管理和結(jié)構(gòu)成本的控制，將會起到很好的效果。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅能給甲方降低工程成本，更可以給甲方帶來其他額外的價值。當(dāng)建筑方案完成后，結(jié)構(gòu)的選型和布置也存在優(yōu)化與否的問題，建筑體型都有其最規(guī)則和最經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)方案，因此真正的優(yōu)化應(yīng)該是結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程，需要各個專業(yè)配合，如剪力墻的設(shè)置位置，框架梁柱的結(jié)構(gòu)布置、是否采用輕質(zhì)建筑墻體材料和輕質(zhì)隔斷與水電專業(yè)配合適當(dāng)減小板厚、與建筑專業(yè)配合減小墻、梁、柱截面等；應(yīng)重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。

對建筑欄板、飄窗、女兒墻、構(gòu)造柱、窗臺、挑檐、結(jié)構(gòu)洞、翻邊、建筑裝飾等細部的設(shè)計不必全部采用鋼筋混凝土，可采用砌塊砌筑，利用壓頂梁、拉筋、及構(gòu)造柱與主體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)，在保證非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性、不影響主體結(jié)構(gòu)安全性的前提下，進一步減少非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋用量。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化的目的是降低整個工程的造價，但絕對不是降低結(jié)構(gòu)的安全儲備，而是保證結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)有的各種規(guī)范及相關(guān)措施的精神前提下，做到經(jīng)濟合理。

在工程的設(shè)計過程中，要發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)體系的剛度大、抗震性能好等優(yōu)點，在很多情況下，并不是鋼筋配的越多越好，對于這一點，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該充分認識到。合格的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該對不同項目進行合理分析，選擇最優(yōu)模型，這樣才能做到結(jié)構(gòu)安全、技術(shù)合理、造價經(jīng)濟。

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