結(jié)合工程實(shí)例探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊曉紅 肖 可

（重慶雅凱斯凱建筑設(shè)計(jì)有限公司，重慶401147）

剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，用鋼量較省，在高層住宅、旅館等居住性建筑中，居室和客房均為小間，分隔墻較多，采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，可以將承重墻與分隔墻合二為一，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟(jì)。另外，室內(nèi)較框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，沒(méi)有露梁、露柱現(xiàn)象，外形美觀，便于室內(nèi)布置。因此，在高層住宅、旅館中常采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。將剪力墻結(jié)構(gòu)運(yùn)用到高層住宅、旅館中，除具有以上優(yōu)點(diǎn)外，還有一些缺點(diǎn)：1)剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，會(huì)引起較大的地震反應(yīng)，使得上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)費(fèi)用增加；2)由于混凝土墻體較多，使得建筑物重量增加，這也同樣引起較大的地震反應(yīng)，造成浪費(fèi)；3)剪力墻結(jié)構(gòu)中各墻肢軸壓比往往較低，使得各墻肢的承載能力得不到充分發(fā)揮；4)剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體多為構(gòu)造配筋，配筋率較低，使得結(jié)構(gòu)延性較差。在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，怎樣既發(fā)揮它具有足夠的抗側(cè)能力等優(yōu)點(diǎn)，又改進(jìn)其工程費(fèi)用較高的缺點(diǎn)成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。因此，近年來(lái)工程界對(duì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布置給予了更多的關(guān)注，而且也取得了一定的進(jìn)展。目前，《高規(guī)》對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)選型，尤其是合理布置，尚未做出一個(gè)明確的具體的規(guī)定。因此，結(jié)合實(shí)際的工程背景，對(duì)高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布置進(jìn)行研究很有必要。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)含鋼量

隨著我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的高度越來(lái)越高，高層建筑結(jié)構(gòu)采用剪力墻形式已經(jīng)不是新鮮事務(wù)。經(jīng)過(guò)我國(guó)多年的設(shè)計(jì)及成功的施工經(jīng)驗(yàn)累計(jì)，對(duì)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件適宜的含鋼量已經(jīng)有了一些數(shù)據(jù)上的統(tǒng)計(jì)，該經(jīng)驗(yàn)值統(tǒng)計(jì)如表1所示。依據(jù)這些含鋼量的指標(biāo)可以對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性起到一定的指導(dǎo)作用。

對(duì)各種不同結(jié)構(gòu)體系的用鋼量的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的適宜方案

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案有多種選擇，選擇適宜的結(jié)構(gòu)形式，不僅能保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性，而且能大幅度的降低工程造價(jià)。在設(shè)計(jì)方案及初步設(shè)計(jì)階段正確地選擇建筑的結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)件的截面及采用的材料，對(duì)整個(gè)建筑的經(jīng)濟(jì)性影響是相當(dāng)大的。選擇較為合適的結(jié)構(gòu)體系，可以在方案階段總體控制成本。同時(shí)由于上部使用功能的差別，構(gòu)件截面類型也會(huì)有差異，從而導(dǎo)致成本差異。因此必須在方案設(shè)計(jì)階段確定適宜的結(jié)構(gòu)形式。

層數(shù)較小(比如20層以下)的高層住宅，可采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。20層以下的高層住宅采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，各墻肢軸壓比計(jì)算值往往較小，墻體配筋為構(gòu)造配筋，墻體承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，工程費(fèi)用較高，這時(shí)若采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，以上不足之處就可以得到解決。在7度區(qū)，20層以下的高層住宅采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移、周期、水平地震剪力一般可控制在合理的范圍內(nèi)。采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，由于合理地將一部分鋼筋混凝土墻置換成磚墻或其他砌體，使得結(jié)構(gòu)自重減輕，將偏大的結(jié)構(gòu)剛度降下來(lái)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)減少，工程費(fèi)用降低，還增加了結(jié)構(gòu)的延性，使結(jié)構(gòu)的抗震性能提高?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)中，上部剪力墻結(jié)構(gòu)可采用短肢剪力墻體系。在框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，為了減少上下層的剛度比，不采用加大下層剛度的方法，而采用減少上部剪力墻體系的剛度即改用短肢剪力墻體系，經(jīng)濟(jì)效果就十分明顯了。

層數(shù)較多的高層住宅，最好采用傳統(tǒng)的全現(xiàn)澆剪力墻體系。在層數(shù)較多的高層建筑中，如采用短肢剪力墻體系，就使結(jié)構(gòu)較柔，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和層間位移就不一定能滿足規(guī)范要求，底部剪力系數(shù)也偏低，結(jié)構(gòu)趨于不安全。但是，在有些情況下若采用傳統(tǒng)剪力墻體系，結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算值還稍偏大時(shí)，可將較大的墻肢開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)洞，或?qū)⒋芭_(tái)改為磚或其他砌體等措施加以微調(diào)。

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2 工程實(shí)例的分析

本工程位于我市，住宅小區(qū)總建筑面積達(dá)10.8萬(wàn)平方米，與本工程類似的住宅樓達(dá)10多棟。如果通過(guò)對(duì)一棟樓進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，找到其中可優(yōu)化改進(jìn)的地方，就可使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到部分的優(yōu)化、提高建筑產(chǎn)品的性價(jià)比、降低單件造價(jià)和整個(gè)小區(qū)的工程造價(jià)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析的住宅樓為地下2層，地上16層，標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖如圖1所示?？偨ㄖ娣e約2萬(wàn)平方米。地下2層為車庫(kù)和物業(yè)辦公用房，層高均為3.6m，首層商業(yè)層高3.4m，2層及2層以上層為住宅，層高為2.8m。建筑類別為丙類。Ⅱ類場(chǎng)地，土質(zhì)不均勻。

剪力墻及墻厚根據(jù)規(guī)范及工程層數(shù)、層高情況取值如下：1層及地下層250mm(地下層外墻厚300mm)，2層及2層以上外墻200mm，內(nèi)墻180mm。結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中剪重比較大結(jié)構(gòu)整體布置有繼續(xù)優(yōu)化的可能。從節(jié)省造價(jià)角度考慮，暗柱、連梁等處構(gòu)件根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)按構(gòu)造要求配筋(包括局部按計(jì)算配筋的)，其中墻體分布筋基本與規(guī)范最小配筋及其他構(gòu)造要求相吻合。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不只是抽鋼筋。一棟建筑方案產(chǎn)生后，結(jié)構(gòu)的選型和布置就存在優(yōu)化與否的問(wèn)題。但是，任何建筑體型都可能有最規(guī)則的和最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)布置方案。所以，真正的優(yōu)化應(yīng)是全過(guò)程的需要各專業(yè)的密切配合。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的計(jì)算指標(biāo)如表3所示，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文探討了在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中怎樣發(fā)揮它具有的足夠的抗側(cè)能力等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例，從建筑整體結(jié)構(gòu)計(jì)算、經(jīng)濟(jì)含鋼量等多方面探討了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)處理方法和措施，以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，從而達(dá)到科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)要求。

[1]李國(guó)勝.高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.