淺談剪力墻截面優化對經濟性的影響

在城市土地寸土寸金的今天，住宅的開發已經完全由磚混結構為主的多層轉向剪力墻結構為主的小高層及高層。剪力墻結構設計不同于磚混結構的設計，它不僅僅能滿足使用要求和規范條文，其結構對工程人員的設計概念要求更高：結構體系的選擇對于工程的安全性及經濟性起著決定性的作用。本文通過筆者親歷的一個小高層住宅的設計過程，淺析剪力墻截面優化對于工程經濟性的影響。

一、工程概況

本工程為石家莊市新樂縣某小區的一棟小高層住宅，地下一層，地上十層。抗震設防烈度為6度，層高3米，總高30.45米，結構體系為普通剪力墻結構，抗震等級為四級。初步設計外墻厚度200mm，內墻160mm，經過前期試算，最終優化方案確定剪力墻體厚度為140mm。

二、結構設計優化過程

在剪力墻體系結構中，墻肢的設計對于結構的整體安全至關重要。規范對于剪力墻的要求較明確：需要滿足最小厚度要求、墻肢截面最小高度要求、強剪弱彎要求，還要符合軸壓比及剪壓比等限制要求。墻肢的截面厚度除了必須滿足承載力的要求外，也要同時滿足穩定要求以及避免過早出現剪切裂縫的要求。通常把穩定要求的厚度要求為最小厚度，通過構造要求設定。

在結構體系中，可以通過假定樓板為剛性樓板，將其視為剪力墻的側向支撐，可防止剪力墻由于側向變形而平面失穩。平面外相交的剪力墻也可作為其側向支撐，防止其失穩。因此，參考雙向板中跨度與彎曲變形關系的規律，剪力墻的最小厚度應有樓層高度及無支長度（即與剪力墻平面外相交的剪力墻之間的距離）兩者中的較小值控制。層高較低者可以根據層高確定墻體厚度，反之，則根據無支長度確定墻體厚度。

《高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2002》（以下簡稱高規）第7.2.2條規定：四級抗震等級設計的剪力墻截面厚度，底部加強部位不能小于層高或剪力墻無支長度的1/20，且不應小于160mm；其他部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1/25，且不能小于160mm。而《建筑抗震設計規范GB50011-2001》（以下簡稱抗規）的第6.4.1條規定：四級抗震的抗震墻厚度不應小于140mm，且不應小于層高的1/25。《混凝土結構設計規范GB50010-2002》的第11.7.9中也有與抗規相同的規定。

根據本工程的實際情況，雖然它符合高規的適用范圍，但由于層數較少，如果僅按照高規設計，截面選用160mm，則有“大馬拉小車”的感覺，經濟性差。經過綜合考慮，最終優化方案，決定按照抗規選用厚度為140mm的截面；并按照高規第7.2.2條的規定：當墻厚不能滿足要求時，按照高規附錄D進行墻體穩定驗算。

經過墻體穩定驗算后，本工程墻厚140mm，能夠滿足計算要求。在具體結構設計中，應該盡量避免梁垂直于墻體，以免造成平面外彎矩。當梁不得不垂直于墻體時，必須在墻體內加設暗柱，通過計算配筋來滿足規范要求。

設計完成后，結合本工程的規模進行估算，墻厚定位140mm取得了很好的經濟效益，室內面積增大了134平方米，減少混凝土用量480立方米，總計節約造價約80萬元。

通過此案例可以看出，剪力墻結構設計在經濟性上有很大的改進空間。在規范允許的條件下，膽子大一點，計算多一點，只要有充分的理論依據和精確的計算，就一定可以在保證安全的前提下取得更大的經濟效益。

（作者單位：北京鐵路局豐臺車輛段）