高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化設(shè)計分析

摘要：以社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展為背景，我國建筑行業(yè)越來越重視高層住宅的設(shè)計，而現(xiàn)階段我國在高層住宅的主流結(jié)構(gòu)體系，以鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)為主，只因剪力墻結(jié)構(gòu)具備一定的經(jīng)濟(jì)性和較強(qiáng)的實(shí)用性，所以現(xiàn)已成為我國高層住宅中最受歡迎的結(jié)構(gòu)形式。

關(guān)鍵詞：高層住宅;鋼筋混凝土;剪力墻結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計

經(jīng)大量研究后證實(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅結(jié)構(gòu)體系中是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最好的一類，因此現(xiàn)已成為我國高層住宅中的主要結(jié)構(gòu)形式，但剪力墻結(jié)構(gòu)具有“量大、面廣”等特征，所以在實(shí)際建設(shè)過程中，開發(fā)商比較關(guān)注建設(shè)成本，因此合理、有效使用資源已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員考慮的主要問題。梁、板、剪力墻的布置是決定剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素，其中樓屋蓋承受豎向荷載且傳遞水平荷載，若剪力墻間距過大，極易導(dǎo)致樓屋蓋負(fù)擔(dān)明顯增大，從而對剪力墻的力向水平傳遞產(chǎn)生直接影響[1]。

1、現(xiàn)階段我國高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的主要問題

1.1缺乏對剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化圖紙的認(rèn)識程度

工程圖紙在建筑過程中產(chǎn)生整體作用，更是對高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)揮指導(dǎo)性作用，若結(jié)構(gòu)設(shè)計人員并沒有認(rèn)識到優(yōu)化設(shè)計圖紙的重要性，在繪制剪力墻結(jié)構(gòu)圖紙過程中對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計細(xì)節(jié)進(jìn)行忽略，極易導(dǎo)致高層住宅項(xiàng)目整體建設(shè)進(jìn)度產(chǎn)生負(fù)面影響，降低建筑物后期整體建設(shè)質(zhì)量的同時還會造成施工事故。

1.2部分建筑物內(nèi)部的設(shè)計缺陷較多

高層住宅剪力墻實(shí)際設(shè)計過程中，對承重部位、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是有明確要求的，而為了有效提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性和安全性，需要建筑工程對各項(xiàng)資源進(jìn)行合理安排以及有效利用。在設(shè)計過程中需要對結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況開展針對性的分析，從而嚴(yán)格把控各個設(shè)計優(yōu)化環(huán)節(jié);以上要求無疑中提高了高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的整體難度，也導(dǎo)致了實(shí)際工作中出現(xiàn)更多偏差。

1.3設(shè)計中混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量出現(xiàn)問題

部分地區(qū)的高層住宅剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際施工過程中，材料配比嚴(yán)重缺乏科學(xué)和合理性，導(dǎo)致混凝土質(zhì)量遭受嚴(yán)重影響，所以高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計并不能達(dá)到國家規(guī)定。且在實(shí)際施工過程中監(jiān)理人員沒有安全意識，或施工過程中存在偷工減料等問題，導(dǎo)致高層住宅剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際施工質(zhì)量遭受直接影響。

2、高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計原則

2.1合理控制建筑平面與建筑成本

2.1.1在布置建筑平面中應(yīng)遵循“簡單、規(guī)則”原則，避免結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度、承載力出現(xiàn)不均勻情況。例如在實(shí)際設(shè)計過程中，若建筑平面狹長，且長寬比明顯超出規(guī)范限值時，會導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生不規(guī)則振動，因此在遭遇地震等自然災(zāi)害時，極易產(chǎn)生較大震害。若建筑方案中多項(xiàng)條款超過規(guī)定，那么該項(xiàng)目則為“特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)”，需要對其開展抗震設(shè)防超限審查。經(jīng)過超限審查后的結(jié)構(gòu)設(shè)計建造成本會成倍上升，因此對住宅進(jìn)行設(shè)計時，建筑方案平面布置至關(guān)重要，一定要確保建筑方案平面布置符合規(guī)則[2]。

2.1.2決定高層住宅整體結(jié)構(gòu)受力的其中之一因素即為建筑高寬比，建筑高寬比對剪力墻結(jié)構(gòu)方案設(shè)計發(fā)揮著決定性的作用，同時對土建工程的造價發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。研究數(shù)據(jù)指出，高層剪力墻結(jié)構(gòu)高寬比和混凝土用量之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。

2.2剪力墻設(shè)計原則

剪力墻鋼筋在高層剪力墻住宅標(biāo)準(zhǔn)中，占比一般在50% -65%，可見，高層剪力墻的施工成本受剪力墻布置原則的影響。所以剪力墻優(yōu)化布置原則應(yīng)以以下原則為準(zhǔn);規(guī)范要求的抗側(cè)力、抗扭轉(zhuǎn)下，需減少剪力墻數(shù)量且減少邊緣構(gòu)件數(shù)量。

2.2.1剪力墻布置應(yīng)遵循“周邊強(qiáng)、中部弱”原則，盡量在結(jié)構(gòu)周邊、外圍布置剪力墻，在結(jié)構(gòu)中部位置盡量減少剪力墻數(shù)量，有效提高整體結(jié)構(gòu)抗扭剛度的同時有效增加抗傾覆能力。

2.2.2盡量使用普通剪力墻，可有效減少短肢/超長墻的數(shù)量。結(jié)構(gòu)設(shè)計時盡量加長剪力墻長度并減少數(shù)量，避免在小開間置較多的剪力墻。

2.2.3盡量多采用“L型、T 型”墻肢，減少復(fù)雜形狀、異形墻的使用量;布置剪力墻結(jié)構(gòu)時優(yōu)先采用 “L型、T 型”墻肢，只因“L型、T 型”墻肢穩(wěn)定性良好，且能滿足錨固構(gòu)造的具體要求。

2.2.4剪力墻為避免錯位布置，應(yīng)連續(xù)布置。剪力墻通過兩個主軸貫通整個結(jié)構(gòu)長度和寬度工作時，對結(jié)構(gòu)整體發(fā)揮的抗側(cè)力體系是最有效的。若墻肢在軸線上錯位，則會導(dǎo)致各片墻體無法抵抗水平荷載，因此加大單片墻肢截面是滿足結(jié)構(gòu)整體側(cè)移要求的根本。

2.3 梁、板設(shè)計原則

在高層住宅剪力墻標(biāo)準(zhǔn)中，梁、板單位面積含鋼量應(yīng)在35% -50%，占比明顯比剪力墻小，但梁板優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。住宅使用荷載較小的樓板，只需構(gòu)造配筋，而樓板鋼筋用量和樓板板厚之間互為因果關(guān)系，所以樓板厚度必須要滿足撓度、裂縫的最低要求。設(shè)計樓面梁時應(yīng)盡量保證梁荷載的傳力路徑，避免出現(xiàn)多級次梁;連接厚剪力墻的連梁可適當(dāng)減小梁寬，旨在節(jié)省混凝土用量[3]。

3、高層住宅剪力墻住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

3.1優(yōu)化模型計算

軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)時可根據(jù)規(guī)范要求考察剪力墻布置，通過這種方式可直接減輕結(jié)構(gòu)自重，減小地震效應(yīng)而降低工程造價。實(shí)際設(shè)計中遇到結(jié)構(gòu)層間位移不足，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)剪重比，如剪重比較大，應(yīng)降低另一個方向的結(jié)構(gòu)剛度，從而降低地震作用。

3.2 配筋優(yōu)化

3.2.1墻配筋：以L型剪力墻分析，短向墻肢高厚比應(yīng)該是超過4的，高厚比不足 4 時，暗柱需滿足框架柱的構(gòu)造要求，墻肢厚度超過300mm時，短肢剪力墻配筋時應(yīng)按照普通剪力墻構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計。

3.2.2梁配筋：繪制施工圖時應(yīng)選擇合適的歸并樓層數(shù)，一般4-6層為一層，大幅節(jié)約用鋼量。

4、結(jié)束語

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的當(dāng)前社會，高層住宅建筑大幅增加，而剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅中的應(yīng)用也逐漸廣泛，因此就需要將剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅中的應(yīng)用價值發(fā)揮最大，從而大幅提升高層住宅建筑質(zhì)量。同時還需設(shè)計人員從自身做起，充分探討并分析當(dāng)?shù)馗邔咏ㄖ?shí)際情況，進(jìn)而提出規(guī)范性、針對性的設(shè)計方案，確保設(shè)計方案科學(xué)且合理，為該地區(qū)高層住宅建筑行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周浪.基于抗震設(shè)防烈度的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017，20（2）：103-107.

[2]凌宏玥.淺探板式住宅高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].建筑·建材·裝飾，2019，15（1）：211.

[3]胡祥龍.高層住宅鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[J].建筑與裝飾，2018，11（5）：32.

（作者單位：張掖市建筑勘察設(shè)計研究院）

作者簡介：韓虹霞（1987.06.07），性別：女;籍貫：甘肅民樂;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱：工程師;研究方向：土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計。