剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施分析

戴 苗

（中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

0 引言

改革開(kāi)放以后，國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人民群眾的生活質(zhì)量顯著提高，城市化建設(shè)越來(lái)越完善。隨著國(guó)家大力推行城鎮(zhèn)化建設(shè)，城市中的人口數(shù)量與日俱增，并呈現(xiàn)出集中化的趨勢(shì)，這也容易引發(fā)矛盾的出現(xiàn)，進(jìn)而對(duì)城市發(fā)展造成阻礙，比如土地資源與人口數(shù)量之間的矛盾。在城市化發(fā)展進(jìn)程中，剪力墻被結(jié)構(gòu)被大量運(yùn)用于高層住宅中，并發(fā)揮著重要的作用，為人民群眾提供了居住保證。對(duì)剪力墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證剪力墻安全使用的同時(shí)，有效降低建筑造價(jià)成本，做到綠色節(jié)能，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

第一、剪力墻墻體平面布置靈活，可以更好的體現(xiàn)居住空間和實(shí)用性。近幾年建成的高層住宅大多采用剪力墻結(jié)構(gòu)，相對(duì)于框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，剪力墻結(jié)構(gòu)充分利用了住宅分隔墻進(jìn)行布置，合理利用了建筑空間，增加了建筑居住空間的使用性能，而避免了框架結(jié)構(gòu)較大的豎向構(gòu)件。第二、剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能較好。剪力墻墻體結(jié)合連梁可以提供較大的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，當(dāng)遇到較大水平荷載如地震荷載、風(fēng)荷載時(shí)，具有更好的抗側(cè)力性能和抵抗變形的能力，從而提高結(jié)構(gòu)安全性。第三、剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性較好。相對(duì)于框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)槭芰侠?，其豎向構(gòu)件、梁、板配筋都較小，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益。第四、剪力墻結(jié)構(gòu)具有更好的防水、隔聲、節(jié)能性能。剪力墻結(jié)構(gòu)在部分外墻和分隔墻替代了加氣混凝土砌塊，可以更好的隔絕外部降水等滲透到室內(nèi)；可以更好的隔絕電梯和鄰居家的噪音，可以更好的保暖、保溫、防暑，防治熱量流失，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

2.1、優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系和平面布置

針對(duì)結(jié)構(gòu)平面的設(shè)置應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：首先，就是要保持結(jié)構(gòu)平面的對(duì)稱(chēng)均勻，讓整個(gè)結(jié)構(gòu)的重心和剛度的中心盡最大限度重合，從而降低結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，減小結(jié)構(gòu)的層間位移角和扭轉(zhuǎn)位移比。其次，設(shè)計(jì)時(shí)盡量保持結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性，在滿(mǎn)足建筑功能的情況下，盡量保持結(jié)構(gòu)豎向剛度連續(xù)，避免豎向結(jié)構(gòu)受剪承載力突變，避免結(jié)構(gòu)薄弱層的產(chǎn)生。

結(jié)構(gòu)體系和平面布置是剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重中之重，應(yīng)該從結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)應(yīng)該從方案階段就介入結(jié)構(gòu)體系的制定，保證剪力墻結(jié)構(gòu)有著合理的平面布置，具有可靠度抗側(cè)力性能，不出現(xiàn)局部的應(yīng)力集中，保證結(jié)構(gòu)變形合理，從而保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)合理，既保證結(jié)構(gòu)安全，又保證經(jīng)濟(jì)合理。

2.2、合理布置剪力墻體

剪力墻體的合理布置在剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要部分。根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻墻體配筋占到整個(gè)結(jié)構(gòu)配筋的40%～50%，對(duì)剪力墻墻體進(jìn)行優(yōu)化可以大幅度的減小整個(gè)結(jié)構(gòu)的用鋼量，提高經(jīng)濟(jì)效益。第一、盡量保證剪力墻結(jié)構(gòu)外側(cè)墻體的數(shù)量和長(zhǎng)度，減小結(jié)構(gòu)內(nèi)部墻體的數(shù)量和長(zhǎng)度。外部墻體的增加可以更好的提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，減小剪力墻結(jié)構(gòu)的水平位移，可以用更少的墻體達(dá)到更高的抗側(cè)承載力，從而提高經(jīng)濟(jì)效益；第二、盡量保證同一個(gè)方向的剪力墻墻體在一條直線(xiàn)上，各種工程實(shí)踐和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)剪力墻體在同一條直線(xiàn)上時(shí)，可以保證墻體共同作用提高結(jié)構(gòu)剛度，提高抗側(cè)能力。第三、充分利用建筑空間進(jìn)行剪力墻布局，對(duì)于建筑布局不合理的建筑，應(yīng)及時(shí)向建筑專(zhuān)業(yè)提出修改建筑方案，避免因?yàn)闊o(wú)實(shí)質(zhì)用途的建筑功能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)超限，從而造成結(jié)構(gòu)造價(jià)的提升并耽誤建筑工期。

2.3、選取經(jīng)濟(jì)合理的剪力墻截面

剪力墻截面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分結(jié)合建筑使用功能、結(jié)構(gòu)位移角指標(biāo)、墻體軸壓比限制、墻體穩(wěn)定性要求進(jìn)行統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì)。第一、為了使用的方便，在標(biāo)準(zhǔn)層原則上剪力墻墻體控制在200mm 厚度，當(dāng)部分墻體軸壓比較大或者穩(wěn)定超限的情況下應(yīng)適量提高剪力墻長(zhǎng)度或厚度滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全要求；第二、剪力墻墻體長(zhǎng)度應(yīng)盡量控制在8 倍厚度的范圍左右，當(dāng)剪力墻墻體軸壓比超限時(shí)，可適量提高剪力墻長(zhǎng)度。第三、盡量避免短肢剪力墻，由于短肢剪力墻受力性能延性不夠，地震時(shí)容易發(fā)生破壞，所以規(guī)范上對(duì)短肢剪力墻要求較為嚴(yán)格，所以短肢剪力墻用鋼量較大、經(jīng)濟(jì)效益較差、結(jié)構(gòu)安全性較差，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免產(chǎn)生短肢剪力墻。第四、剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免設(shè)計(jì)較長(zhǎng)的墻體，剪力墻并非越長(zhǎng)越好，當(dāng)墻體長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，剪力墻墻體容易產(chǎn)生脆性破壞，影響結(jié)構(gòu)安全。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在較長(zhǎng)的墻體中開(kāi)設(shè)洞口，洞口之間采用連梁連接，增加結(jié)構(gòu)的延性和抗震減震能力，保證結(jié)構(gòu)安全。

2.4、優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施和結(jié)構(gòu)配筋

（1）優(yōu)化框架梁和連梁截面。對(duì)于框架梁來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量使梁高控制在400mm～500mm 之間，可以在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，減小構(gòu)造縱筋和梁箍筋的用量；對(duì)于連梁，不能將連梁截面做的過(guò)小，連梁截面過(guò)小會(huì)降低結(jié)構(gòu)整體剛度，反而會(huì)提高剪力墻的數(shù)量和配筋，應(yīng)在保證連梁和結(jié)構(gòu)整體剛度的同時(shí)優(yōu)化連梁截面。在滿(mǎn)足豎向承載力的情況下盡量減小框架梁高度并同時(shí)提高連梁高度，減小框架梁高度可以減小梁鋼筋用量并且對(duì)結(jié)構(gòu)抗側(cè)力影響較??；提高連梁高度，可以較大幅度的提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)能力。（2）優(yōu)化樓板截面和配筋。對(duì)于普通剪力墻住宅，樓面板的厚度盡量控制在樓板較小跨度的三十五分之一，對(duì)于樓梯梯板厚度應(yīng)控制在梯板跨度的二十五分之一，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，上述樓板跨度是最為經(jīng)濟(jì)合理并且安全的樓板跨度。樓板配筋時(shí)應(yīng)根據(jù)樓邊邊界條件進(jìn)行和合理的設(shè)計(jì)和調(diào)整，保證其安全情況下經(jīng)濟(jì)合理。（3）梁板配筋精細(xì)化設(shè)計(jì)。對(duì)于框架梁箍筋，規(guī)范只要求了支座加密區(qū)箍筋的直徑，并未對(duì)梁非加密區(qū)箍筋進(jìn)行要求，設(shè)計(jì)時(shí)非加密區(qū)箍筋在滿(mǎn)足梁面積配箍率的同時(shí)，可以采用直徑6mm 的箍筋進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而減小用鋼量。對(duì)于框架梁縱筋，建議采用小直徑鋼筋，可以減少梁縱筋的用鋼量；對(duì)于板底鋼筋，在滿(mǎn)足最小配筋率的同時(shí)，也可采用直徑6mm 的鋼筋進(jìn)行設(shè)計(jì)，減小用鋼量。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，是一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師專(zhuān)業(yè)能力的重要體現(xiàn)，體現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)充分發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)的布局靈活、抗震性能好的特點(diǎn)，優(yōu)化剪力墻結(jié)構(gòu)體系和剪力墻平面布置，合理布置剪力墻墻體，采用經(jīng)濟(jì)安全的剪力墻截面，同時(shí)優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施和結(jié)構(gòu)配筋，做到綠色節(jié)能，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。