探讨高层住宅结构剪力墙优化设计改进方案

池雪雷

（中钢石家庄工程设计研究院有限公司 河北 石家庄 050000）

0 引言

高层住宅凭借其占地面积小、容量大、土地使用率高等优点，越来越受到政府的鼓励和开发商的青睐，高楼大厦已经成为高度城镇化的代名词。目前，使用钢筋和混凝土制作的剪力墙结构是主要的高层住宅设计形式，其具有稳定性强、应用范围广等优点，然而，随着房地产市场的高速发展，越来越多的开发商对高层住宅的经济成本提出了要求，这就使得设计师必须采取良好的措施减少钢筋混凝土用量的同时保证建筑的承重能力和稳定性。因此，优化高层住宅剪力墙设计方案、寻找合适的力学结构是当今高层住宅设计的重中之重。

1 高层住宅结构剪力墙设计基本原则

1.1 保证合理的经济成本

实际工程设计过程中，必须采取合理的结构，减少不必要的成本浪费。例如剪力墙设计应尽可能处于水平或垂直平面，减少突起、拐弯等情况，建筑平面的长度和宽度也应在合理的范围内，降低施工困难度，从而降低施工成本。不规则、不规范的剪力墙设计不仅会增加施工成本，也会带来质量检测成本的提高，建筑后续的优化和修缮措施成本也会显著增多。因此，控制经济成本是结构剪力墙设计的原则之一，标准化规范化设计是保证合理经济成本的关键。

1.2 抗风抗震动能力达标

对高层住宅最基本的要求是其安全性，即需要保证在大风、地震等情况下住宅的稳定性达到标准化要求，只有抗风、抗震动能力达标才能保证居住人员的生命安全。首先需要保证剪力墙的抗侧移能力，通常用施加的水平压力与造成的水平位移之比来衡量，抗侧移能力越强，结构稳定性越强；其次需要保证剪力墙的抗扭转效应能力，扭转效应是指由于平面分布不规则导致的楼层最大层间位移大于楼体两端的层间水位移，如果剪力墙结构抗扭转效应能力弱会导致地震来临时楼体出现明显扭转，造成巨大的安全隐患。

1.3 保证合理的设计基本布局

合理的布局便于施工，并且是保证建筑结构稳定的关键。主要有以下3 个基本标准：首先，保证剪力墙的走向与高层建筑轴线平行或垂直，并且需要保证墙体四周抗侧移能力相近，保证建筑结构的抗地震能力；其次，应保证剪力墙在垂直方向的分布均匀，随着楼层的升高需要调整剪力墙的分布位置及其厚度，避免出现承重能力突变造成楼体坍塌；最后，应综合利用各种形式的剪力墙结构，保证一般剪力墙与短肢剪力墙交叉使用，形成高抵抗外界影响的稳定体系。

2 高层住宅结构剪力墙优化设计可能遇到的困难和挑战

2.1 后期优化难度高

许多高层住宅初始设计不合理，例如剪力墙横向分布不对称、纵向分布错位等，导致建筑稳定性差、施工困难等问题，导致后期优化难度较高。

2.2 设计周期短

快节奏的社会环境影响了生活的方方面面，在建筑设计行业中，越来越短的设计周期需要设计师具备一定的工作经验，更加考验设计师的创造力、耐心和体力，是当前高层住宅剪力墙设计优化改进所面临的挑战。

3 高层住宅结构剪力墙优化设计改进方案

3.1 优化剪力墙平面分布

合理的剪力墙平面分布可以提高建筑的稳定性，在抗风、抗震等方面有很大的意义。剪力墙的平面分布设计可以优化：

（1） 保持剪力墙表面平整，平整的剪力墙可以保证受力均匀，减少压力突然变化引起的建筑物不稳定；

（2） 减少剪力墙平面外弯矩，可以通过添加辅助墙肢、扶壁柱等结构来缓解外弯矩带来的负面影响；

（3） 保证剪力墙对称分布于高层建筑中心轴的两侧，提高建筑的抗侧力、降低建筑的扭矩，提高抗震能力；

（4） 对于不同的层数设计不同的剪力墙刚度，提高建筑物的承载力。

3.2 保证剪力墙的延展度

在高层建筑中，容易遇到需要配备较高剪力墙的情况，如果剪力墙延展度不高、弯曲性能差会导致建筑不稳定，因此，可以采用易于延展的具有一定弯曲性的剪力墙来提高建筑的稳定性和机械强度。

3.3 尽量使用长度合理的剪力墙

实际应用中，尽量减少短肢墙的使用不仅可以降低施工难度，而且可以充分利用剪力墙的抗侧移能力，并且，减少短肢墙的使用可以降低需要的钢筋数量、节约成本。

3.4 合理设计剪力墙刚度分布

剪力墙的刚度分布对于高层建筑的抗扭转性和抗侧力十分重要，因此，应该尽量保证建筑四周剪力墙刚度高、建筑中间剪力墙刚度低。并且，应该增加建筑周围的剪力墙数量、降低电梯间区域剪力墙数量，以提高结构的整体刚度、抗侧翻能力、位移比等关键参数。

3.5 采用合理的剪力墙形状

形状复杂的剪力墙会造成受力分析复杂、施工困难等问题，实际设计中应尽量减少使用，同时，一字型剪力墙抗震能力低，平面外稳定性容易被破坏，因此，应该采用合理的剪力墙形状，尽量使用L 型或T 型剪力墙保证墙体良好的稳定性、充分发挥钢筋的承重能力。

3.6 优化剪力墙搭配钢筋比例

钢筋是剪力墙结构的核心成分之一，也是剪力墙承重的主要材料，在进行高层住宅结构剪力墙优化时，应该重点考虑对钢筋配比的优化。

3.7 采用高强度材料

钢筋混凝土是当今剪力墙结构的主要组成材料，但是其具有重量大、成本高等特点，在保证结构安全的前提下，可以增加对高强度钢筋混凝土的使用，以减少单位承重力需要的材料数量、减小结构尺寸，此外，在隔墙等结构上适当采用轻质墙板等材料可以进一步减小楼体重量，是降低成本的有效措施。

4 结语

城市化进程的加快和人民生活水平的提高推动着建筑设计行业的进步和发展，高层住宅的出现有效解决了土地资源紧张、城市人口密集等问题，但随之而来的是对保障高层建筑稳定性和安全性的需求，因此，探讨高层住宅结构剪力墙优化设计改进方案是十分有必要的。在剪力墙结构设计中，必须保证合理的经济成本和达标的抗风、抗震能力等基本原则，可以从优化剪力墙平面分布、保证剪力墙延展度、尽量采用长度、厚度、刚度合理的剪力墙分布等方面进行优化。然而，目前高层住宅剪力墙结构优化还面临着优化难度高、设计周期短等问题，为建筑设计师带来了一定的挑战。