高層住宅中混凝土剪力墻結構設計的優化方法

文靜

摘要 自從改革開放以來，中國的社會經濟得到高速的發展，城市化的腳步也不斷加快，人們的生活質量得到了綜合的提升。經濟的主體就是城市的發展，在城市的發展過程中，我們的居住環境也在更新換代，樓層在不斷的增高，建筑的剪力墻結構在高層建筑中發揮著重要的作用。自從近幾年自然災害的發生，讓我們充分的意識到高層建筑的與日俱增和社會對抗震要求，剪力墻結構的優化設計段將工程成本有著決定性的影響，但是在實際的高層建筑工程中，結構設計環節處也是出現了一系列問題，針對此情況本文著重的對剪力墻結構設計中所出現的問題進行分析，并對于所出現的一系列問題給予優化處理方法。

關鍵詞 高層住宅 剪力墻結構 設計 優化方法

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

高層建筑是城市現代化發展的主要標志，也是體現一個國家經濟水平的一個依據。在高層建筑中，剪力墻結構因其抗側剛度大，能有效地減少側移，且具有較好的抗震性能，因而被廣泛應用于多層和高層混凝土建筑中。也是正是因為如此我們更要掌握好剪力墻結構受力特點，把握好剪力墻結構設計的基本原則，以達到提高高層建筑質量、節約工程成本的目的。由于高層建筑的特殊性，其建筑技術要求比低層建筑要求要高的多。下面針對剪力墻結構設計存在的問題進行討論，提出具體的優化措施，從而將結構的合理性、經濟性與安全性相融合，提出具體的優化方法，為建筑師設計出更好的高層住宅結構體系提供一些建議。

1.剪力墻結構體系

剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，由于其良好的抗側性、整體性和抗震性能，可以建造較高的建筑物。在當代的國家標準中，剪力墻結構布置一般分為平面和豎向兩種，剪力墻結構中全部豎向力和水平力都由剪力墻承受。所以一般應沿建筑物的主要軸線雙向布置。隨著建筑高度的不斷增加，位移增加的速度也會為之加快，彎矩也是如此，因此水平荷載不僅僅是要有較大的承受力，而且抗震力也是要比較強，這樣才能保證水平力作用下側向變形能夠更好的控制。剪力墻應在整個建筑的豎向延續，上到頂，下到底，中間樓層也不要中斷，這樣可以大大的提高抗震效果。剪力墻沿豎向改變時，允許沿高度改變墻厚和混凝土等級，或減少部分墻肢，使抗側剛度逐漸減小，避免各層剛度突變，造成應力集中。但是剪力墻結構設計具有局限性，一般建筑的類型都是小房間，如住宅、賓館、單身公寓等。我們必須結合剪力墻結構設計的優缺點來發現問題，從而解決問題，以達到整個建筑合理性和安全性。

2.剪力墻結構設計需留意的問題

（1）剪力墻結構的坑側剛度大，結構周期小，地震響應大，對于建筑的整體抗震效果存在較大的影響。

（2）剪力墻結構墻體過多，會導致整個建筑物重量增加，水平荷載和豎向承受力都會增強，地震的影響也將會增大，而且也會造成施工材料的浪費，擴大施工成本。

（3）在運用軟件計算的時候，配筋不宜過多，這樣會造成結構延性差，雖然剛度是較大了一點，但是整體的提高了工程費用，就沒有達到經濟性效果。

（4）工程結構設計計算結構不能盲目的依據計算機，計算機只能作為參考數據，因為中間難免產生誤差，所以要以實際情況為主。

（5）設計者不能脫離工程實踐經驗，剪力墻結構設計將地震力和結構水平位移控制于規范中的合理范圍內，并且以計算結果作為參考依據作進一步檢查，提高整個建筑的合理性。

3.剪力墻結構設計優化方法

高層建筑中剪力墻結構設計優化取決于我們最終的效果，就是讓整個高層住宅變的更加的經濟性、合理性和安全性，因為剪力墻結構所承受的水平、豎向荷載都比較大，所建造的樓層通常會比較高，所涉及布置數量、位置和構造以及抗震強度、計算設計等等都是主要的優化內容。

（1）剪力墻結構的布置技巧

對于剪力墻結構來說，科學合理的布置才是關鍵，同時剪力墻結構的布置對各項計算也是有著重要影響。因此在一般的情況下，剪力墻是沿著主軸的方向布置，最好是在周邊外圍互搶位置，同時在中間也要做好剪力墻數量的控制，不是越多越好。從剪力墻結構受力的角度出發，對于剪力墻布置太少當然也不利于結構體系，其也不能有效地滿足結構的受力要求。同時在各墻肢布置時應考慮如何減少邊緣構件獲得滿足規范要求的抗側、抗扭剛度。選擇好洞口設置，小開口的整體強，要把握好墻肢間直線應力分布，這是要在計算方法的基礎上實現。

（2）剪力墻結構的構造技巧

剪力墻結構的構造是要以安全性和抗震能力為基準的，所以在設計中剪力墻結構的墻體厚度、配筋率和墻體的自重都是保證建筑安全的因素。所以我們構造的時候盡量合理減少剪力墻的厚度，增加剪力墻厚度，雖然能提高結構抗側力的能力，同時也增大了結構的地震力，但是由于影響剪力墻結構的因素眾多，結構抗側移能力與結構所承受的地震力兩者不一定成正比變化。，對于安全性來說造成了極大的威脅。嚴格控制剪力墻的配筋率，要嚴格遵守《混凝土規范》的相關規定，在依據實際的高層住宅情況來做好配筋率，對于短小、低矮的剪力墻，應適當減小其水平筋的配筋率同時應注意避免豎筋過多使墻的抗剪強度小于抗彎強度，對抗震不利。適當減小混凝土用量，減輕結構自重，減小結構內力、豎向荷載和水平作用力。

（3）剪力墻結構抗震設計

在考慮到抗震設計中，我們不僅要優化前面所說的結構布置、數量還要考慮到結構質量中心與剛度中心，通過合理的間距布置就可以達到質量中心與剛度中心相重合的目的。這樣便可以充分發揮剪力墻的抗側力作用，而且在空間上也能達到充分的利用。根據《抗震設計規范》等有關規定，剪力墻結構設計中它的剛度不能過大。

（4）剪力墻結構設計計算優化

剪力墻結構設計都是要用計算軟件就行計算，剪力墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析，梁進行框架剪力墻調整與不調整兩次計算，有選擇的進行配筋設計。例如剪力墻連梁的跨高比不應小于2.5，剪力墻長度不宜大于8m，在考慮偶然偏心對地震作用影響下，樓層間位移和樓層豎向構件的最大水平位移不能超過該樓層的平均值的6/5，也不能高于該樓層平均值的3/2等等，最好使計算出的數值最接近規范設定值，及時檢測剪力墻連梁是否在規定限制范圍內、剪力墻的底部加強區的軸壓之比是否滿足設計規范要求，這些都是需要依據在計算數據的基礎上進行的。

4.結語

綜上所述，高層建筑是以后城市發展的趨勢，剪力墻結構也是高層建筑最有效和最常見的結構模式，只有在不斷的設計優化老模式，才有可能創新新模式，這樣我們高層住宅才會越來越合理，越有安全性、合理性和經濟性。

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