艾奕康咨詢（深圳）有限公司 廣東深圳 518000

摘要：在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如何做到結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，使設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)分布更均勻、設(shè)計更合理是十分重要的課題。本文以某高層建筑設(shè)計為例，采取有效的方法來控制剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼含量，闡述了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與經(jīng)濟分析的策略，為人們提供這方面的參考經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；優(yōu)化設(shè)計

引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，建筑行業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑的施工質(zhì)量問題越來越引起了人們的重視。其中，剪力墻結(jié)構(gòu)體系剛度大，整體性好，抵抗側(cè)向變形能力強，抗震性能較好，在我國高層住宅、賓館等居住性建筑中廣泛使用。結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是在保證建筑安全、技術(shù)可行、配合并促進建筑設(shè)計的前提下，以最經(jīng)濟的手段來實現(xiàn)建筑的預(yù)期效果。然而，國內(nèi)不少設(shè)計單位人員繁忙、成本意識和各專業(yè)配合意識相對薄弱，大都做不到精細設(shè)計，使建筑結(jié)構(gòu)有很大的優(yōu)化設(shè)計的空間與余地。

1.工程概況

某高層住宅辦公樓，地上為30 層公寓住宅，地下為兩層地下車庫，建筑總高度為95.8m，建筑長寬比為3.6，高寬比為2.7。該建筑經(jīng)過論證最終采用剪力墻結(jié)構(gòu)類型，由剪力墻結(jié)構(gòu)來直接承受建筑物的水平以及豎向荷載。由于剪力墻結(jié)構(gòu)其墻體全部由鋼筋混凝土所構(gòu)成，因此其自身平面內(nèi)具有較大的抗側(cè)剛度，能夠有效地抵抗較大的水平側(cè)向力。在水平荷載作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)將主要產(chǎn)生彎曲型的變形。以下將結(jié)合該項目來進一步探討剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其技術(shù)要點。

2.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 剪力墻結(jié)構(gòu)布置技巧

合理地剪力墻布置將決定剪力墻結(jié)構(gòu)計算計算結(jié)果是否能滿足規(guī)范要求，而且將決定著結(jié)構(gòu)是否為最優(yōu)結(jié)構(gòu)體系，這一切又決定著結(jié)構(gòu)的整體經(jīng)濟效益。

（1）對于一般剪力墻布置來說，其應(yīng)當主要沿主軸方向布置，而針對巨型、L 形、T 形等建筑平面，則可采用沿兩個軸線方向布置。在布置剪力墻時，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)只有單向有墻的情況，對內(nèi)外剪力墻采取拉通對直設(shè)置。

（2）對于剪力墻的布置并不是剪力墻越多越好，合理地布置剪力墻數(shù)目是關(guān)鍵，同時還應(yīng)當滿足結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心的重合，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。這就要合理充分掌握剪力墻布置間距來體現(xiàn)。剪力墻布置間距適中將有助于發(fā)揮剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件作用，而且還可以合理地增大結(jié)構(gòu)的利用空間。對于剪力墻布置間距過少，則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度過大，造成結(jié)構(gòu)的不經(jīng)濟性。

（3）對于剪力墻上難以避免的洞口，鑒于洞口大小、位置以及數(shù)量對高層建筑剪力墻的受力影響很大，因此對于剪力墻上的門窗洞口布置應(yīng)當上下對齊，明確墻肢和連梁的位置，且剛度相差不大，應(yīng)避免三個以上的洞口集中于同一個十字交叉墻附近。另外，由于剪力墻中的連梁剛度較弱，不宜將樓面主梁支承載在連梁上。對于本項目來說，本項目建筑用途為住宅公寓，抗震設(shè)防烈度為8 度，設(shè)計地震分組為一組，建筑場地類別為二類，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，基本風壓（50 年一遇）為0.65kN/㎡，地面粗糙度為A 類，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理使用年限為50 年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)抗震等級為二級，主樓地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。該建筑體型對住宅平面布置有利，對底部公共建筑設(shè)施也易于布置，經(jīng)反復(fù)分析和試算，最終確定采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

剪力墻作為一種具有較大剛度、整體性好、抗側(cè)力好的結(jié)構(gòu)類型，從工程實踐表明，對于不合理的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計將會造成結(jié)構(gòu)成本的增加以及結(jié)構(gòu)的不安全性。結(jié)合實踐經(jīng)驗，筆者提出剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的幾點設(shè)計要點如下：

（1）對于地震效果較大的情況下，單純地提高剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，這將造成基礎(chǔ)以及剪力墻結(jié)構(gòu)的成本增加。

（2）應(yīng)合理布置剪力墻數(shù)量，過多的剪力墻數(shù)量將增加結(jié)構(gòu)主體重量同時造成工程浪費。

（3）嚴格按照規(guī)范要求來進行剪力墻的構(gòu)造配筋，配筋率的過低將會造成剪力墻結(jié)構(gòu)延性較差。

（4）合理設(shè)計剪力墻的墻長及其墻厚，避免出現(xiàn)墻肢承載力得不到有效發(fā)揮。綜上所述，對于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計一方面要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)剛度，同時還需兼顧結(jié)構(gòu)成本的優(yōu)化。

2.3 剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計

對于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，不僅僅應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果要求，同時還應(yīng)滿足規(guī)范的構(gòu)造要求，構(gòu)造要求對于保證剪力墻結(jié)構(gòu)的延性等具有重要意義。本高層結(jié)構(gòu)在構(gòu)造設(shè)計上，根據(jù)《高規(guī)》規(guī)定，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計時采取如下措施：

（1）除注明者外，剪力墻墻體水平鋼筋放在外側(cè)；墻體鋼筋網(wǎng)之間設(shè)直徑8@600x600 拉筋；剪力墻墻體水平鋼筋不得代替暗柱箍筋的設(shè)置。當墻或墻的一個墻肢全長按暗柱設(shè)計時，則此墻或墻肢不再設(shè)墻體水平筋，配置暗柱箍筋即可。

（2）連梁應(yīng)沿整個梁高設(shè)置側(cè)面縱筋（腰筋）；除特殊標注外，連梁腰筋按墻體水平筋拉通。

（3）樓板內(nèi)設(shè)備預(yù)埋管上方無板上部鋼筋時，沿預(yù)埋管走向設(shè)置板面附加鋼筋網(wǎng)帶，鋼筋網(wǎng)帶取直徑6@150x200，最外排預(yù)埋鋼管中心至鋼絲網(wǎng)帶邊緣水平距離150。

（4）當電梯基坑未落在結(jié)構(gòu)底板（或基礎(chǔ)）上，且基坑板下未設(shè)置實心柱墩延伸到結(jié)構(gòu)底板（或基礎(chǔ)）時，基坑厚度應(yīng)不小于250mm；對于落地導(dǎo)軌，其每處支撐點各設(shè)置300x300x250（厚）的C30 鋼筋混凝土墊塊，罩面鋼筋網(wǎng)直徑12@100x100 且往下彎折至基坑板頂面。

（5）梁上部縱向鋼筋水平方向的凈距，不應(yīng)小于30 和1.5d（d 為較大鋼筋直徑）；下部縱向鋼筋水平方向的凈距不應(yīng)小于25 和d。下部縱向鋼筋多于兩層時，兩層以上鋼筋的水平中距比下面兩層的中距離增大一倍。各層鋼筋之間的豎向凈間距取25 和d 之中的較大值。

（6）當上部墻柱伸入地面與土體接觸、或其中一段墻柱臨水時，無論其外表面是否設(shè)置了建筑防水層，墻柱迎水面、接觸土體面的縱筋保護層應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)的保護層厚度增加30（墻）、20（柱）。

3.剪力墻結(jié)構(gòu)計算分析

對本工程剪力墻結(jié)構(gòu)通過采取SATWE 有限元分析程序?qū)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移進行分析，模型采用的設(shè)計主要荷載取值見表1 所示。

表1 樓、地面活荷載以及主要設(shè)備控制荷載標準值（kN/㎡）

對框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中跨高比較大的與柱墻相接梁以及某些連梁，該梁的重力作用效應(yīng)比水平風或水平地震作用效應(yīng)更加明顯，此時需考慮梁剛度的折減，以控制正常使用時梁裂紋的發(fā)生和發(fā)展。另外，高層建筑樓層的側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰點層側(cè)向剛度平均值的80%。經(jīng)過采取一系列的計算，計算結(jié)果表明，本結(jié)構(gòu)各項結(jié)果均應(yīng)在正常范圍之內(nèi)，既滿足規(guī)范要求，又符合以下三點規(guī)律：

（1）柱、剪力墻的軸力設(shè)計值均為壓力。

（2）柱、剪力墻基本為構(gòu)造配筋。

（3）梁基本無超筋，剪力墻、連梁均滿足界面抗剪扭的要求。

4.結(jié)語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的主要形式之一，在高層住宅建筑中應(yīng)用廣泛。高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的主旨是發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)剛度大、美觀等特點，且又能解決高建筑成本等問題。所以，掌握好剪力墻結(jié)構(gòu)受力特點，把握好剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計就會更加安全、實用、可靠、經(jīng)濟。

參考文獻：

[1] 王艷軍.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計淺析[J].山西建筑，2010年05期.

[2] 戴劉毅.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析[J].城市建筑，2014年02期

[3] 劉劍. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計探討[J]. 技術(shù)與市場. 2011（05）