高層剪力墻住宅結構用鋼量分析

向青松 劉思林

【摘要】隨著我國經濟快速發(fā)展、城市化進程加快、住宅建設用地日趨緊張，高層住宅建筑應勢而生。剪力墻結構因其自身抗剪抗剪能力強、能形成理想的居住空間等優(yōu)勢，常在高層住宅建筑結構中應用。在高層剪力墻住宅建筑建造過程中，如何合理節(jié)約建造成本、控制結構整體用鋼量，是建設投資方最為關心的問題之一。本文主要針對剪力墻住宅主體結構構件布置對建筑物用鋼量的影響及常見高層住宅剪力墻結構體型的用鋼量分析，提出控制用鋼量的基本思路及設計中應注意的問題、并對常見體型剪力墻住宅的用鋼量進行了對比分析，供建筑行業(yè)的相關人員參考。

【關鍵詞】高層住宅建筑;剪力墻結構;構件布置;用鋼量

在城市住宅用地日趨緊張的大背景下，建設單位土地成本不斷增加，合理控制建筑的建造成本顯得尤為重要，在所有能減少建造成本的方法中，控制結構用鋼量是提高項目經濟效益最直觀、最重要的舉措之一。項目實施過程中建筑實際用鋼量的有效控制，不僅需要結構工程師的深度參與，也需要其他專業(yè)的鼎力合作。在對常用建筑體型剪力墻住宅結構用鋼量統(tǒng)計分析的基礎上，深入分析影響住宅上部結構用鋼量的各種因素，以求安全、經濟、合理的結構設計方案，控制項目整體用鋼量。

1、高層住宅建筑物用鋼量的主要影響因素

高層住宅結構設計應在滿足建筑使用要求、結構安全及耐久性要求前提下，按照經濟性最優(yōu)的原則進行結構設計，主體結構的經濟性控制指標一般是以單位面積用鋼量控制為主，單位面積混凝土折算厚度控制為輔。

1.1建筑選型

建筑方案選型，是影響高層建筑用鋼量的最主要因素，不同的體型會導致剪力墻的數(shù)量、地震力、風荷載等主要因素變化較大。從結構概念上而言，對控制用鋼量有利的建筑方案一般具有下述特征：結構平面形狀宜簡單、規(guī)則，質量、剛度和承載分布宜均勻;豎向體型宜規(guī)則、簡單，避免過大的外挑和收進;結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。

1.2結構方案

結構方案的選擇是用鋼量實際控制方法的靈魂。不同的結構體型，決定了建筑結構構件的抗震等級、抗震能力、能否最大程度滿足建筑設計的需求。剪力墻結構具有良好的抗剪抗剪能力強、能形成理想的居住空間、布置靈活等優(yōu)勢，常是高層住宅建筑結構的首選方案。

1.3構件設計

在結構方案確定之后，結構工程師往往需要對整體結構的各個構件進行配筋設計，配筋的主要依據是根據預先搭模電算完的配筋計算結果和規(guī)范對于結構構件配筋設計的基本構造要求，也就是說設計出來的結構構件既要滿足規(guī)范對于最小配筋率的要求同時也要滿足結構受力計算的要求。

2、高層住宅建筑物用鋼量控制的操作方法

2.1合理的計算荷載及作用取值

所有的構件配筋都是根據構件的受力狀態(tài)計算而來，高層住宅建筑層數(shù)較多、戶型分隔墻體多，在制定結構設計統(tǒng)一技術措施時應明確風荷載、地震作用、樓板恒載、活載的取值標準、活荷載折減方案、隔墻及外墻的荷載取值、屋面荷載如何考慮等。例如，填充墻自重計算時按實際情況準確計算，精確的結構設計允許考慮減去門窗洞口位置的填充墻體積，但應把裝飾面、造型、門窗自重考慮全面;衛(wèi)生間的回填材料及屋面建筑找坡材料，應明確采用輕質材料，從而減少建筑重量節(jié)約基礎建造成本、減少構件鋼筋用量。

2.2選用合適的建筑材料強度

不同強度的建筑材料（鋼筋、混凝土）市場價格相差較大，而剪力墻高層住宅結構設計對材料需求較大，因為選用合適的建筑材料強度顯得尤為重要。同時，很多結構構件配筋大多屬于計算控制，設計者應針對大跨度梁的撓度和配筋、底部樓層豎向構件的軸壓比控制、轉換層剪力墻抗剪設計等部位的鋼筋設置、混凝土強度選用等問題。一般而言，剪力墻水平、豎向分布筋可以根據具體要求選用不同強度等級，邊緣構件縱筋應采用HRB400或HRB500，邊緣構件箍筋可以按照配箍率的要求采用HPB300;樓板板面支座鋼筋應選用HRB400或HRB500，板底鋼筋可以按構造要求采用HPB300;梁上部、下部受力鋼筋應采用HRB400或HRB500，梁側構造鋼筋、梁側抗扭鋼筋、箍筋可以根據實際要求選用;底部樓層應選用高強度混凝土，但混凝土標號不宜超過C55，整體結構混凝土強度不宜低于C30。

2.3優(yōu)化剪力墻的設計

從本文開頭的經濟型分析可知，剪力墻鋼筋用量站高層住宅剪力墻結構整體用鋼量的很大比例，在滿足結構整體側向剛度的前提下，盡量優(yōu)化剪力墻的布置、配筋設計。布置上，剪力墻的宜分散、均勻、對稱，沿周邊較多布置以利于增強整體抗彎剛度，宜將局部剪力墻布置合圍成筒形以利于增強整體剛度，避免出現(xiàn)過長、過短墻肢，宜避免出現(xiàn)短肢剪力墻，剪力墻開洞宜上下對齊、成列布置。配筋設計上，首先要選用合適的嵌固端，減少約束邊緣構件的布置樓層數(shù);其次，在不影響建筑使用功能的前提下合理的減少剪力墻厚度，減小墻體構造配筋;此外，保證邊緣構件的尺寸、合理布置洞口對減少剪力墻用鋼量尤為重要;最后，嚴格依據規(guī)范要求對剪力墻邊緣構件進行配筋設計。

2.4結構梁配筋設計

首先，結構梁配筋設計時，縱筋應按計算值、實配比例不宜大于1.1，在保證配筋量滿足要求前提下縱筋盡量避免采用兩種直徑以便現(xiàn)場機械連接;其次，框架梁應按照抗震等級確定最小箍筋直徑與最大箍筋間距，次梁與主梁交接觸是否設置吊筋應嚴格按照計算要求而不應統(tǒng)一要求設置;此外，梁跨度超過5m時建議采用小直徑架立筋的配筋或小直徑通常筋，同時在滿足配筋構造要求的前提下次梁箍筋盡量用小直徑鋼筋。

2.5樓板及非結構構件

控制樓板和非結構構件的鋼筋、混凝土用量，也是減少建造成本較為關鍵的因素。電梯核心筒與房間之間的公共走廊、樓梯間與電梯間之間的電梯廳，樓板按彈性板計算時有利于水平力的傳遞以減小梁、墻柱的計算配筋，板厚可取不小于120mm，配筋雙層雙向拉通，配筋率不小于0.25%; 飄窗、空調板、造型等構件可根據情況考慮按非抗震設計，現(xiàn)澆女兒墻、現(xiàn)澆支墩等按最小配筋率或構造配筋既可。

結語：

用鋼量的控制是節(jié)約建造成本最直接、有效的方法之一，但是在設計過程中不能刻意規(guī)避規(guī)范要求節(jié)省鋼筋，而因遵循關鍵構件、重要部位加強構造和配筋、次要構件合理節(jié)省鋼筋的基本原則。本文通過分析高層住宅建筑用鋼量的構成、不同建筑類型合理鋼筋用量的范圍、影響高層住宅鋼筋用量的主要因素以及控制用鋼量的基本方法，目的也在于給結構設計人員在住宅建設結構設計上一定的參考。

參考文獻：

[1]《高層建筑混凝土結構設計技術規(guī)程》JGJ3-2010.

[2]江淼，談麗華 淺析剪力墻住宅結構設計應注意的問題 tu241.8 2095-2014（2012）.

[3]廣東省建筑設計研究院《結構設計統(tǒng)一技術措施》.

[4]苗寅.《剪力墻結構住宅經濟指標控制實施細則》.

作者簡介：

向青松（1986-），男，研究生，工程師，主要從事結構設計工作。