高層住宅結構剪力墻優化設計分析

摘要：以社會經濟持續發展為背景，我國建筑行業越來越重視高層住宅的設計，而現階段我國在高層住宅的主流結構體系，以鋼筋混凝土剪力墻結構為主，只因剪力墻結構具備一定的經濟性和較強的實用性，所以現已成為我國高層住宅中最受歡迎的結構形式。

關鍵詞：高層住宅;鋼筋混凝土;剪力墻結構;優化設計

經大量研究后證實，剪力墻結構在高層住宅結構體系中是經濟指標最好的一類，因此現已成為我國高層住宅中的主要結構形式，但剪力墻結構具有“量大、面廣”等特征，所以在實際建設過程中，開發商比較關注建設成本，因此合理、有效使用資源已成為結構設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構經濟性的關鍵因素，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，極易導致樓屋蓋負擔明顯增大，從而對剪力墻的力向水平傳遞產生直接影響[1]。

1、現階段我國高層住宅剪力墻結構設計中存在的主要問題

1.1缺乏對剪力墻結構設計優化圖紙的認識程度

工程圖紙在建筑過程中產生整體作用，更是對高層住宅剪力墻結構設計發揮指導性作用，若結構設計人員并沒有認識到優化設計圖紙的重要性，在繪制剪力墻結構圖紙過程中對結構優化設計細節進行忽略，極易導致高層住宅項目整體建設進度產生負面影響，降低建筑物后期整體建設質量的同時還會造成施工事故。

1.2部分建筑物內部的設計缺陷較多

高層住宅剪力墻實際設計過程中，對承重部位、關鍵節點是有明確要求的，而為了有效提升建筑結構的整體性和安全性，需要建筑工程對各項資源進行合理安排以及有效利用。在設計過程中需要對結構、節點的實際情況開展針對性的分析，從而嚴格把控各個設計優化環節;以上要求無疑中提高了高層住宅剪力墻結構設計優化的整體難度，也導致了實際工作中出現更多偏差。

1.3設計中混凝土結構質量出現問題

部分地區的高層住宅剪力墻混凝土結構在實際施工過程中，材料配比嚴重缺乏科學和合理性，導致混凝土質量遭受嚴重影響，所以高層住宅剪力墻結構設計并不能達到國家規定。且在實際施工過程中監理人員沒有安全意識，或施工過程中存在偷工減料等問題，導致高層住宅剪力墻混凝土結構實際施工質量遭受直接影響。

2、高層住宅剪力墻結構優化設計原則

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遵循“簡單、規則”原則，避免結構質量、剛度、承載力出現不均勻情況。例如在實際設計過程中，若建筑平面狹長，且長寬比明顯超出規范限值時，會導致建筑物產生不規則振動，因此在遭遇地震等自然災害時，極易產生較大震害。若建筑方案中多項條款超過規定，那么該項目則為“特別不規則結構”，需要對其開展抗震設防超限審查。經過超限審查后的結構設計建造成本會成倍上升，因此對住宅進行設計時，建筑方案平面布置至關重要，一定要確保建筑方案平面布置符合規則[2]。

2.1.2決定高層住宅整體結構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構方案設計發揮著決定性的作用，同時對土建工程的造價發揮著關鍵性的作用。研究數據指出，高層剪力墻結構高寬比和混凝土用量之間呈現線性關系。

2.2剪力墻設計原則

剪力墻鋼筋在高層剪力墻住宅標準中，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。所以剪力墻優化布置原則應以以下原則為準;規范要求的抗側力、抗扭轉下，需減少剪力墻數量且減少邊緣構件數量。

2.2.1剪力墻布置應遵循“周邊強、中部弱”原則，盡量在結構周邊、外圍布置剪力墻，在結構中部位置盡量減少剪力墻數量，有效提高整體結構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/超長墻的數量。結構設計時盡量加長剪力墻長度并減少數量，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，減少復雜形狀、異形墻的使用量;布置剪力墻結構時優先采用 “L型、T 型”墻肢，只因“L型、T 型”墻肢穩定性良好，且能滿足錨固構造的具體要求。

2.2.4剪力墻為避免錯位布置，應連續布置。剪力墻通過兩個主軸貫通整個結構長度和寬度工作時，對結構整體發揮的抗側力體系是最有效的。若墻肢在軸線上錯位，則會導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構整體側移要求的根本。

2.3 梁、板設計原則

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

3、高層住宅剪力墻住宅結構優化措施

3.1優化模型計算

軟件設計結構時可根據規范要求考察剪力墻布置，通過這種方式可直接減輕結構自重，減小地震效應而降低工程造價。實際設計中遇到結構層間位移不足，應注意結構剪重比，如剪重比較大，應降低另一個方向的結構剛度，從而降低地震作用。

3.2 配筋優化

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

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

4、結束語

在經濟迅速發展的當前社會，高層住宅建筑大幅增加，而剪力墻結構在高層住宅中的應用也逐漸廣泛，因此就需要將剪力墻結構在高層住宅中的應用價值發揮最大，從而大幅提升高層住宅建筑質量。同時還需設計人員從自身做起，充分探討并分析當地高層建筑實際情況，進而提出規范性、針對性的設計方案，確保設計方案科學且合理，為該地區高層住宅建筑行業的發展做出貢獻。

參考文獻：

[1]周浪.基于抗震設防烈度的高層住宅剪力墻結構優化設計[J].湖北職業技術學院學報，2017，20（2）：103-107.

[2]凌宏玥.淺探板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計[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構優化設計研究[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;學歷：本科、學士;職稱：工程師;研究方向：土木工程結構設計。