高层剪力墙布置的优化设计

方丽媚

[摘要] 本文以中山某建筑优化为实例，对其优化前后的结构进行计算分析。

[关键词] 钢筋混凝土 结构设计 加固改造

随着我国经济社会的快速发展，人们对住宅类建筑的要求越来越高，于是各式各样的超高层应运而生，只有科学合理的剪力墙体系才能够更好的满足高层建筑的经济合理性和结构安全性。本人在工作实践中发现，同一建筑平面方案，不同的结构墙体布置其经济指标差异很大，本人曾参加过某住宅小区的设计，建设单位以成本控制为重点，原先我设计院进行初步计算并报出每平方米的用钢量及混凝土量为50kg/m2，但还是没能满足建设单位的要求，于是如何在结构安全的前提下使得结构设计经济合理，成为了我们目前工作的重点。本文以中山某建筑剪力墙优化设计为实例，对其优化前后的结构进行计算分析并改进。

1.工程概况

中山市某小区建筑（骏灏庭5栋），位于中山市南头镇东福南路西侧，地上21层，主体结构高71.4m，部分框支剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，场地类别为三类，建筑功能为商住楼，出图时间为2014.6.03，结构平面布置如图：

图一

2 剪力墙结构体系的经济指标

高层住宅结构设计应在满足建筑使用要求，结构安全等耐久性要求的前提下，按照经济性最优的原则进行结构设计，根据以往经验，剪力墙结构的用钢筋及混凝土经济指标为：

3 如何保证剪力墙结构体系达到经济指标

以实际工程（骏灏庭5栋）为例，如图一，该住宅标准层中，单位面积含钢量中，剪力墙墙身用钢量约45%～65%，剪力墙边缘构件（即暗柱）用钢量约30%～50%，因此，从用钢量可以看出，剪力墻钢筋用钢量占总用钢量的比例较大，其中又以暗柱用钢筋最大，因此在设计中，设计人员应以剪力墙的布置为重点，减少不必要的暗柱设计。

众所周知，剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省，且可将承重墙与隔墙合二为一，相对比较经济，但是，它也有一些缺点，剪力墙刚度越大，容易引起较大的地震反应，使得上不结构和基础费用增加，并且剪力墙墙体多为构造配筋，配筋率较低，使得结构延性较差。因此，这里有一个“度”的问题。

一个是根据《高规》中有关结构位移比的限制，另外一个是在底部剪力在合理的范围内，检查位移、内力及配筋情况，并且控制最小剪重比，使其既能满足抗侧能力的要求，又能够减少工程费用。

如某工程（骏灏庭5栋）设计中常常遇到如下情况：有时候看到某一方向（X向或Y向）层间位移不满足规范要求，于是不断增加该向的侧向刚度；这样做是可以解决问题的，但此时结构的剪重比较大，则会导致含钢量增大。经过优化设计后，可以采取调整剪重比的方法，减少另一方的侧向刚度，使剪重比调整至与与规范限值接近的数值，层间位移比同样能够满足规范要求，所以若剪重比已经较大则不应当一味的增加，要学会用加法的同时也要学会用减法，即减小对应一侧的结构刚度，使其剪重比减小，地震作用减小，同样可以达到较好的结果。

4 剪力墙布置的原则

在设计中做好剪力墙的布置时，应采取如下思路和措施：1）.剪力墙布置的一般位置。平面形状凹凸较大处，结构的薄弱位置。2）剪力墙应双向布置，形成空间结构，特别是在抗震设计中，不应只在单向布置剪力墙，应使两个方向刚度尽量接近。3）剪力墙布置不宜太密，应使结构具有较为适宜的侧向刚度。4）强周边弱中间，也就是剪力墙宜布置在建筑物周边附近，以使其充分发挥抗扭作用，必要时可利用房间窗台设计高连梁以加强高度。5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，避免刚度突变。6）短肢剪力墙结构抗震性能较差，经济指标不好。如《高规》规定：抗震设计时其抗震等级比一般剪力墙提高一级，对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1；除底部加强部位外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2；短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强区部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%，以上要求加大了剪力墙的截面厚度及配筋率，所以在实际工程中尤其是地震区尽可能避免采用。

5 剪力墙连梁超筋的问题

本工程剪力墙结构设计中，由于剪力墙数量较多，比较集中，各片剪力墙之间抗侧刚度相差较大，在水平力作用下，每片剪力墙受力不均匀，因此，构成剪力墙的主要连接构件连梁超筋现象，主要解决方法有：

1.根据计算，我们可以得知，连梁截面越大，刚度越好，其越容易超筋。因此，在计算时出现连梁超筋，不要一味地调大连梁高度。对洞口高度较小，上部有较大高度时，可以考虑设成两根连梁，避免出现一根高度很大的连梁。在此情况下，计算时可以假定一根宽度为实际宽度的两倍，高度等同于实际连梁高度的一根连梁，来取代每层有两根连梁。

2.《高规》规定跨高比不小于5的连梁宜按框架梁进行设计。即跨高比不小于5的连梁刚度不应折减。而跨高比在5-6之间时，若连梁刚度不折减则也容易出现剪力或弯矩超限。本人认为该条文在实际工程设计中若能充分利用，则对节省工程造价也有非常明显的影响，即将跨高比不大于5的连梁（刚度需折减）和减小剪力墙墙肢长度使连梁跨高比变为大于6的框架梁（刚度不折减），而后者的钢筋及混凝土用量均小于前者，这对于节省工程投资具有很重要的意义。

总之，随着城市化发展以及建筑用地的紧张，高层建筑将日益增多。只有科学合理的剪力墙结构体系才可以有效保证高层建筑的经济性能与结构安全性能，因此结构设计人员应当根据相关规范的要求和建设单位的需要，来对其高层结构体系进行合理的选择与优化。剪力墙结构设计中有好多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，才能设计出安全又经济适用的优秀作品。

参考文献：

1）杜艳玲.张大海，《浅谈房屋剪力墙结构设计.》黑龙江科技信息，2010

2）DBJ 15-92-2013，《高层建筑混凝土结构技术规程》

3）GB 50011-2010，《混凝土结构设计规范》

4）刘月云，杨哗琳，《高层民用建筑剪力墙结构设计体会》辽宁建材，2009

5）徐传亮，光 军，《建筑结构设计优化及实例》北京：中国建筑工程出版社，2012