池雪雷

（中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司 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，越來越受到政府的鼓勵和開發(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)計形式，其具有穩(wěn)定性強、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，然而，隨著房地產(chǎn)市場的高速發(fā)展，越來越多的開發(fā)商對高層住宅的經(jīng)濟成本提出了要求，這就使得設(shè)計師必須采取良好的措施減少鋼筋混凝土用量的同時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)計的重中之重。

1 高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計基本原則

1.1 保證合理的經(jīng)濟成本

實際工程設(shè)計過程中，必須采取合理的結(jié)構(gòu)，減少不必要的成本浪費。例如剪力墻設(shè)計應(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)計不僅會增加施工成本，也會帶來質(zhì)量檢測成本的提高，建筑后續(xù)的優(yōu)化和修繕措施成本也會顯著增多。因此，控制經(jīng)濟成本是結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計的原則之一，標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化設(shè)計是保證合理經(jīng)濟成本的關(guān)鍵。

1.2 抗風(fēng)抗震動能力達標(biāo)

對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)定性達到標(biāo)準(zhǔn)化要求，只有抗風(fēng)、抗震動能力達標(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衡量，抗側(cè)移能力越強，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越強；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)能力弱會導(dǎo)致地震來臨時樓體出現(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 個基本標(biāo)準(zhǔn)：首先，保證剪力墻的走向與高層建筑軸線平行或垂直，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)承重能力突變造成樓體坍塌；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)計不合理，例如剪力墻橫向分布不對稱、縱向分布錯位等，導(dǎo)致建筑穩(wěn)定性差、施工困難等問題，導(dǎo)致后期優(yōu)化難度較高。

2.2 設(shè)計周期短

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

3 高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化設(shè)計改進方案

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)計可以優(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，可以通過添加輔助墻肢、扶壁柱等結(jié)構(gòu)來緩解外彎矩帶來的負(fù)面影響；

（3） 保證剪力墻對稱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） 對于不同的層數(shù)設(shè)計不同的剪力墻剛度，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提高建筑的穩(wěn)定性和機械強度。

3.3 盡量使用長度合理的剪力墻

實際應(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)計剪力墻剛度分布

剪力墻的剛度分布對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)該增加建筑周圍的剪力墻數(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)雜的剪力墻會造成受力分析復(fù)雜、施工困難等問題，實際設(shè)計中應(yīng)盡量減少使用，同時，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，在進行高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化時，應(yīng)該重點考慮對鋼筋配比的優(yōu)化。

3.7 采用高強度材料

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，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，可以增加對高強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)墻板等材料可以進一步減小樓體重量，是降低成本的有效措施。

4 結(jié)語

城市化進程的加快和人民生活水平的提高推動著建筑設(shè)計行業(yè)的進步和發(fā)展，高層住宅的出現(xiàn)有效解決了土地資源緊張、城市人口密集等問題，但隨之而來的是對保障高層建筑穩(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)計改進方案是十分有必要的。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須保證合理的經(jīng)濟成本和達標(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、盡量采用長度、厚度、剛度合理的剪力墻分布等方面進行優(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)計周期短等問題，為建筑設(shè)計師帶來了一定的挑戰(zhàn)。