基于高層住宅中混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

唐景文

【摘要】隨著城市的高速發(fā)展，高層住宅建筑建設(shè)項(xiàng)目越來越多，高層住宅結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性能也成為了人們關(guān)注焦點(diǎn)。目前，混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅中應(yīng)用十分廣泛，能夠很好的滿足高層建筑抗震性能的要求。本文將通過對(duì)高層住宅中混凝土剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，分析研究其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并提出一些優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，為相關(guān)工作者提供參考。

【關(guān)鍵詞】高層住宅；混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、引言

近年來，受城市用地緊張的影響，我國(guó)的民用住宅逐步向高層化發(fā)展。高層建筑的高容積率和低土地占用率，極大的緩解了城市人口暴增后的居住和空間問題。混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)因其具有較好的靈活性，能夠滿足建筑的各種功能需求，且穩(wěn)定性和抗震性都較強(qiáng)的特點(diǎn)，在高層住宅中應(yīng)用十分廣泛。

2、高層住宅混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)概述

2.1混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

在高層建筑當(dāng)中，通過混凝土構(gòu)成的墻體結(jié)構(gòu)以及樓板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，實(shí)現(xiàn)承重的目的，就是混凝土剪力墻。其主要特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）承載能力較強(qiáng)，同時(shí)還具備較強(qiáng)的抗側(cè)力能力；

（2）受到水平荷載的作用時(shí)，抵抗能力較強(qiáng)，很難發(fā)生側(cè)移，能夠?yàn)榻ㄖ峁└蟮氖覂?nèi)空間：

（3）剪力墻自身的重量較大，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，抗震性能較好；

（4）在進(jìn)行施工時(shí)，工序較為繁瑣，對(duì)工藝的要求較高，相對(duì)整體成本支出也較大：

2.2混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層住宅結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)水平的高低，不僅關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)利益，而且對(duì)整棟建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定有著巨大的影響。因此，應(yīng)對(duì)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，相關(guān)基本原則有以下幾點(diǎn)：

（1）在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，用盡量減少混凝土剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中使用的數(shù)量；

（2）在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于墻肢的設(shè)計(jì)，應(yīng)減少相關(guān)邊緣構(gòu)件的數(shù)量：

（3）在進(jìn)行混凝土剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參考即使用較少的抗側(cè)力構(gòu)件，又可以滿足建筑的抗側(cè)和抗扭剛度設(shè)計(jì)要求。

3、高層住宅中混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

3.1混凝土剪力墻整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上“強(qiáng)周邊、弱中部”

這種混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化的核心在于，進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將建筑外圍的墻體設(shè)計(jì)為剪力墻，而對(duì)于高層住宅中部，要盡量設(shè)計(jì)較少或者不設(shè)置混凝土剪力墻。部分高層建筑還會(huì)將住宅的窗臺(tái)位置，設(shè)計(jì)成高連梁形式，來提升剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是：

（1）可以有效的提升高層住宅建筑的抗扭剛度，能夠有效的對(duì)周期比、位移比等關(guān)鍵建筑指標(biāo)進(jìn)行控制。

（2）通過混凝土剪力墻的設(shè)置，建筑的外墻防滲透性能得到了有效提升，防水性能更強(qiáng)。

3.2混凝土剪力墻長(zhǎng)度設(shè)計(jì)上“多均勻長(zhǎng)墻、少短墻”

在進(jìn)行混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮將剪力墻放在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)承受能力、豎向荷載能力最佳的隔墻位置，這是在設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）相鄰混凝土剪力墻之間的間距要增大，避免短距離出現(xiàn)多道混凝土剪力墻；

（2）可以通過延長(zhǎng)混凝土剪力墻的墻肢長(zhǎng)度，來降低混凝土剪力墻設(shè)計(jì)的數(shù)量，一般情況下，剪力墻的長(zhǎng)度要小于8米。

這樣設(shè)計(jì)的核心在于，通過增加混凝土剪力墻的長(zhǎng)度，達(dá)到減少混凝土剪力墻的數(shù)量的目的，還能提升建筑住宅結(jié)構(gòu)的抗側(cè)性能和減少邊緣構(gòu)件的使用數(shù)量。此外，通過剪力墻的數(shù)量減少，以及相鄰剪力墻的距離增大，提升了高層住宅的建筑空間。

3.3墻肢更多選擇L、T、十字形，少形狀轉(zhuǎn)折

如果在進(jìn)行高層住宅混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻出現(xiàn)較多的轉(zhuǎn)折或者小墻垛設(shè)計(jì)，可能會(huì)導(dǎo)致暗柱數(shù)量的增加，從而對(duì)建筑當(dāng)中的邊緣構(gòu)件造成影響。因此，設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意減少或者杜絕這種情況的出現(xiàn)。例如：可以通過將混凝土剪力墻的形狀設(shè)計(jì)成L形、T形或者井字形等，代替較小的或者連續(xù)的剪力墻轉(zhuǎn)折。

3.4墻肢間多連續(xù)、少半框，避免獨(dú)立墻肢出現(xiàn)

在進(jìn)行混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮將不同方向的剪力墻，通過相連的連梁、框架梁，將它們組成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，不僅提升了高層住宅的抗震性能，而且還具備很好的抗風(fēng)效果。此外，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了提升整個(gè)高層住宅的抗側(cè)剛度，減少剪力墻的設(shè)置數(shù)量，應(yīng)盡量避免設(shè)計(jì)中出現(xiàn)半框墻肢，尤其是獨(dú)立墻肢的出現(xiàn)。

3.5剪力墻配筋優(yōu)化設(shè)計(jì)

一般情況下，在進(jìn)行混凝土剪力墻配筋時(shí)，都是按照最小的配筋率進(jìn)行構(gòu)造配筋。影響混凝土剪力墻鋼筋用量的主要因素是剪力墻的厚度，所以在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)混凝土剪力墻厚度的控制。

在對(duì)高層住宅的抗震性能進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果經(jīng)過測(cè)算，底層剪力墻的軸壓比符合建筑的抗震規(guī)范要求，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以只設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。如果軸壓比已經(jīng)超過了規(guī)定要求，則需要增加約束邊緣構(gòu)件。兩者的差別，對(duì)進(jìn)行混凝土剪力墻配筋有著巨大的影響。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過提升剪力墻肢的界面面積，確保軸壓比符合建筑抗震規(guī)范要求，這樣就可有有效的減少鋼筋的使用量，提升整棟建筑的經(jīng)濟(jì)效益。

3.6剪力墻厚應(yīng)該沿住宅結(jié)構(gòu)整體高度均勻變化

如果在混凝土剪力墻的設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)上下厚度不均勻的情況，會(huì)降低建筑的剛度，減弱建筑物的抗震性能。因此，在進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于剪力墻的厚度，應(yīng)當(dāng)參考住宅結(jié)構(gòu)的整體高度，隨著高度的增加，均勻的變化。

結(jié)語：

綜上所述，隨著我國(guó)城市化腳步的不斷加快，城市的人口呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，與此同時(shí)，建筑住宅用地的不足，導(dǎo)致城市居民的居住問題日益突出。高層住宅建筑在此背景下，得到了迅猛的發(fā)展。作為高層住宅主要的建筑結(jié)構(gòu)之一，混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)由于抗震性能好，安全系數(shù)高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用。相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者，應(yīng)當(dāng)不斷提升對(duì)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的熟悉和了解，采用科學(xué)的方法對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷的優(yōu)化和完善，推動(dòng)我國(guó)高層住宅建筑的可持續(xù)發(fā)展。