高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計分析探討

賈東升

（河北建筑設計研究院有限責任公司，河北 石家莊 050011）

一、前言

高層建筑之所以常使用剪力墻結構是因為剪力墻結構不僅僅具有綜合性強的特點，還具有投資成本低和堅韌度高的特點，這也是剪力墻被廣泛使用的原因。使用剪力墻結構既可以節(jié)約投資成本，而且和其他結構相比還具有較強的優(yōu)勢，例如，和框架結構相比較，如果兩者在基本情況相同的時候，剪力墻結構的外觀更加美觀。伴隨著社會大眾對剪力墻結構的不斷重視，剪力墻結構應用于高層建筑也是越來越普遍，雖然相關的章程對剪力墻結構沒有具體的規(guī)定，但是作為工程質量的保證，優(yōu)化剪力墻結構是重點問題。

二、剪力墻結構的概念及結構能效

剪力墻結構應用于建筑時，剪力墻結構不僅要符合建筑物的整體布局結構，而且還要滿足建筑物的平面結構，剪力墻結構在整體建筑中是一個構件，是起到抗震，抗風以及傳導荷載力導致的剪力、軸力等的結構構件，與此同時剪力墻結構還是建筑物的隔離墻，因此在整個建筑中剪力墻結構是主要承載部分。剪力墻結構具有空間小的特點，所以在使用剪力墻結構時通常采用混凝土結構作為樓層的蓋板，這樣既可以節(jié)約樓高，而且還可以提高空間的利用率，是一個有效的使用措施，剪力墻結構被廣泛使用還有一個重要的原因，那就是剪力墻結構在空間和整體結構上都具有較強的抗側力性能和承載性能，然而沒有完美的結構，剪力墻結構也具有一些不足之處，比如，建筑物的設計靈敏度較低，空間間距限制較大，對于大型建筑不適用。

三、高層剪力墻結構布置要求

因為剪力墻結構在整體建筑中是起到抗震，抗風以及傳導荷載力導致的剪力、軸力等的結構構件，而且剪力墻結構還是建筑物的隔離墻，所以剪力墻結構大多數是順著主軸線布置。剪力墻結構具有較強的抗脆性和延性變形、彎曲延性，設計師在設計剪力墻結構時，剪力墻要具有相對較大的高度與寬度，但是剪力墻的厚度要較小一點，這也是符合剪力墻的特征。對于剪力墻結構墻布置應在“周邊、對稱、成對”的前提下，盡可能減少墻肢片數量和暗柱數量。

四、剪力墻結構設計優(yōu)化措施

1 加強剪力墻結構均衡設計。高層剪力墻結構的均衡設計需要工作人員使用合理的對策，促進剪力墻結構的受力平均，這不僅僅可以提高工程的安全性能和結構的合理，而且還可以節(jié)約高層建筑的造價成本。剪力墻結構的合理設計需要工作人員依據建筑物的平面布局狀況來實現，設計人員分析各種情況，得出剪力墻結構優(yōu)化設計的方案，這包括設計人員依據施工場地的現狀，設計出科學合理的剪力墻結構，在設計人員設計好剪力墻結構方案的同時還要制定出符合設計要求的管理條例，加強對剪力墻結構的檢查和監(jiān)督，增強施工人員的安全意識和管理團隊的科學管理水平，保證施工人員嚴格按照設計方案和施工圖紙進行施工，保障施工的質量，特別是剪力墻結構的質量。

2 高層剪力墻結構方案的優(yōu)化設計。高層剪力墻結構有著各式各樣的設計方式，對于不同高度的建筑物，選擇不同的剪力墻結構，這不僅僅要考慮層高還要考慮剪力墻構件所需要的材料，對于層高小于20層的建筑物，大多數情況下使用短肢剪力墻結構的方法，這種設計方法的水平地震剪力、期限和位置移動均可以在正常的范圍中得到制約，而且還使用現澆剪力墻結構，有效的把混凝土結構的墻體改變成砌體墻體，這種方法不僅可以促進整個建筑物剛度的提升，降低結構本身的重量，而且還可有利于減少建設投資。

3 剪力墻結構墻體配筋的優(yōu)化設計。關于墻體配筋在剪力墻結構中的優(yōu)化設計，第一步要做的工作就是選擇優(yōu)質的材料，其中鋼筋材料的選擇是重中之重，選擇質優(yōu)的鋼筋需要檢查鋼筋的各種合格證明，這是鋼筋進場前的首要工作，符合要求的鋼筋才可以進入施工場地，剪力墻結構墻體配筋大多數需要把垂直鋼筋安置在里面，水平鋼筋安置在外面。這是因為地底下的墻體配筋相對于其他部分較多，而且地下水壓和土壓造成的壓力較強，剪力墻結構的配筋通常符合建議標準和工程測算的最小配筋率即可。依據實際現狀制定的剪力墻優(yōu)化設計能夠較好的減少投資成本。對剪力墻厚度的選擇尤為重要，不必特意把最小厚度定為200mm，在滿足結構計算要求的前提下也可采用180mm或160mm剪力墻。

4 剪力墻結構連梁的優(yōu)化設計。相關剪力墻結構標準中明確提出，如果連梁的跨高比大于5的時候，就需要按照框架梁的要求展開設計，這也就是表示，跨高比大于5的連梁，它的剛度不可以減少，然而當連梁的跨高比在5~6時，一旦剛度不減少，很有可能造成剪力過大的情況，使得建設工程的成本增加，浪費資源。解決方法就是使跨高比大于6，這樣就可以明顯的減少鋼筋與混凝土的使用量，有效的減少投資成本。

5 層間位移比和最大位移的優(yōu)化設計。依據規(guī)定，在核算常遇地震作用標準值造成的樓層最大的彈性層間位移時，把以高層變形建筑物排除以外，大多數不扣除整個結構的彎矩變形，同時算入扭轉變形。所以，以高層建筑為例，首要的任務是制止樓層間和剪切變形。根據制約的垂直構件數量可以制約剪切變形，一旦單數構件布置的不科學，一樣能產生很大的扭轉變形，所以，高層建筑需要最大可能的減少扭轉變形，不可以隨意增設構件的剛度。

6 樓層最小剪力系數的優(yōu)化設計。在符合短肢剪力墻承擔的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩低于40%的情況下，需要最大限度的降低使用剪力墻，將大空間剪力墻布置方法作為目的，促進樓層最低剪力系數靠近標準規(guī)范。這種方法可以加大剪力墻結構的剛度和減少自重，將地震作用造成的消極作用降到最小。

結語

綜上所述，一旦高層剪力墻結構設計出現不足的時候，這可能會大大制約剪力墻結構與工程整體的安穩(wěn)性，所以，加強剪力墻結構的優(yōu)化設計是工作的重中之重，剪力墻結構的優(yōu)化設計不僅可以促進工程穩(wěn)定而且還可以降低建設資金的投入，對我國建筑行業(yè)的高速發(fā)展有著積極影響。

[1]陳耀.高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計分析探討[J].福建建材，2011（04）：36-37+39.