■陸小軍，周 成

■1．蘇州華造建筑設(shè)計有限公司，江蘇 蘇州 215000;2．金科集團蘇州科潤房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，江蘇 蘇州 215000

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越多的人定居城市，城市高層建筑的建設(shè)越來越受到重視。為了充分利用建筑空間，高層住宅的建設(shè)高度不斷增加，并且對高層住宅兼顧舒適性和安全性的要求也越來越高，因此尋找提高高層住宅的安全性的方法非常重要。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計越來越被廣泛應(yīng)用到高層建筑的建設(shè)中。為了符合現(xiàn)代建筑理念即提高高層住宅的安全性、經(jīng)濟性和合理性的要求，高層住宅剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計顯得非常重要。

1 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的總論

1．1 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)定意義

經(jīng)濟快速發(fā)展使得城市的現(xiàn)代化程度越來越高，城市人口的不斷增加導(dǎo)致城市的高層住宅建筑也越來越多，居民對高層住宅的安全性要求也越來越高。高層住宅的設(shè)計需要考慮的因素包括建筑的高度、安全性、舒適性和經(jīng)濟性等等，并且在施工結(jié)束后的工程驗收過程中的檢測標(biāo)準(zhǔn)也是非常嚴(yán)格，高層住宅必須經(jīng)過嚴(yán)密的檢查才能投入居住。因此，建筑的結(jié)構(gòu)對高層住宅的建設(shè)非常重要，而近年來，由于剪力墻能夠增加高層住宅建筑的可靠性的特點，使得剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍變得越來越廣泛。

1．2 剪力墻的概念和結(jié)構(gòu)

所謂剪力墻結(jié)構(gòu)就是將現(xiàn)代產(chǎn)品鋼筋混凝土應(yīng)用到高層住宅的墻體中，其基本作用就是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的梁柱加強高層住宅的結(jié)構(gòu)安全性。剪力墻結(jié)構(gòu)的使用使得墻體在承受橫豎力時更能體現(xiàn)支撐的良好效果。同時，剪力墻結(jié)構(gòu)能夠具備傳統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)不具備的優(yōu)點，即剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性能大大的優(yōu)于傳統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)的整體性能，并且剪力墻結(jié)構(gòu)的運用增加了房間的裝修空間，從而更大的提高高層住宅的房間使用率。但是剪力墻自身存在也一些不可避免的缺點，那就是在房屋的平面使用方面可能會受限制。而且由于剪力墻的整體性比較好，所以進(jìn)行部分拆除或者破壞的工作難度較大。目前，大部分的剪力墻結(jié)構(gòu)的施工成本較高和施工比較困難，所以需要對原有的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化工作，降低施工成本和提高建筑整體的安全性能。

2 剪力墻優(yōu)化設(shè)計

2．1 剪力墻抗震優(yōu)化設(shè)計

現(xiàn)代社會，人們對建筑的抗震性能意識不斷提高。對于高層住宅建筑，地震所帶來的危害將會更大。因此，在對高層住宅進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要考慮建筑的抗震指數(shù)。對于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)，可能由于本身剛度比較差，所以在發(fā)生地震時變形就會非常嚴(yán)重，對于地震的防御力就很低。因此，對于高層住宅剪力墻的剛度問題要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，符合抗震的要求，保證結(jié)構(gòu)合理和經(jīng)濟性。

2．2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

高層住宅建筑的設(shè)計不僅僅要求是能夠達(dá)到最基本的建筑使用標(biāo)準(zhǔn)，更要注意的注重結(jié)構(gòu)合理性問題。高層建筑的設(shè)計過程中需要考慮建筑層數(shù)比較多，并且在施工時要保證地基足夠堅固，支撐之后將要建造的上面的樓層的重量。在設(shè)計時，既要保證剪力墻能夠保證較好的抗震性，又要保證足夠的剛度。對于現(xiàn)有的剪力墻結(jié)構(gòu)中的一些缺點，比如建筑成本比較高，而且在施工時難度比較大，對于鋼材的使用量也非常大，也需要被考慮在優(yōu)化設(shè)計中?？赡苓@些缺點就是因現(xiàn)有剪力墻的結(jié)構(gòu)不合理性造成，所以在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程中就要考慮到這些問題。優(yōu)化設(shè)計者要充分考慮到各方面可能影響到剪力墻結(jié)構(gòu)的因素，在優(yōu)化設(shè)計時能夠改進(jìn)這些問題，爭取使得優(yōu)化后的剪力墻在使用過程中盡量避免出現(xiàn)原有的不足。優(yōu)化過后的剪力墻結(jié)構(gòu)需要表現(xiàn)出抗震性好、建造成本低、施工時比較簡單、對鋼材的使用量降低等優(yōu)點，因此對高層住宅的剪力墻優(yōu)化設(shè)計的探索具有重要意義。

2．3 剪力墻位置優(yōu)化

剪力墻在其設(shè)計的過程中通常為雙向布置，一般沿著主軸方向或者其他的方向，此種做法可有效的提高空間工作性能，且極易實現(xiàn)兩個方面手里的抗側(cè)剛度接近。剪力墻的位置、數(shù)量均要得當(dāng)適宜，若是剪力墻的數(shù)量太少，那么結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度則無法滿足設(shè)計要求，但是數(shù)量過多，那么墻體的利用率則會大大降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度過大，加大地震力和自重，無法充分滿足設(shè)計要求。在設(shè)計剪力墻肢截面的時候，盡量達(dá)到規(guī)則、簡單、豎直剛度均勻等要求。在對建筑進(jìn)行抗震設(shè)計時，剪力墻底部則需加強部位不應(yīng)采用錯洞墻和疊合錯洞墻，有效的避免設(shè)計過程中墻肢剛度相差懸殊的洞口。同時剪力墻必須應(yīng)用從上到下的連續(xù)布置方式，避免強敵剛度突變，且對剪力墻平面外地彎矩進(jìn)行控制，保證剪力墻平面外地穩(wěn)定性。

2．4 剪力墻厚度優(yōu)化

在對剪力墻進(jìn)行厚度優(yōu)化設(shè)計時可完全依靠ansys軟件進(jìn)行設(shè)計，利用梁單元BEAM4和殼單元SHELL63建立剪力墻結(jié)構(gòu)模型，如圖1，并充分的發(fā)揮ansys軟件強大模態(tài)分析功能采用30階莫泰，得到模型的30階自振頻率，從而對剪力墻的固有頻率與振型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后的各階頻率均小于優(yōu)化前，這就使得整個結(jié)構(gòu)變的“更柔”而且降低了工程的成本。在墻體厚度的優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計變量為剪力墻厚度，約束條件為最大層間位移角，目標(biāo)函數(shù)為混凝土用量。優(yōu)化后的墻體厚度從0.25m減小到0.214m，混凝土的用量也從2544m3降到了2181m3。

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)模型

3 結(jié)束語

從現(xiàn)實情況來看，在我國的高層建筑住宅中，剪力墻結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用，其數(shù)量會根據(jù)不同的高層住宅而有所不同，所以對于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化勢在必行。而在對剪力墻的優(yōu)化設(shè)計中要注意，優(yōu)化的目的不僅僅是為了能夠降低工程造價，更要在保證安全的前提下，做到建筑的合理性，要更好的保證建筑的使用功能。因此，對于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要妥善考慮到建筑各方面的特點，兼顧合理性，才能發(fā)揮出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義。