摘要:對于現階段開發量最大的高層剪力墻住宅設計，研究了從剪力墻墻體及梁板構件布置、結構合理計算分析及調整方法、結構構造措施優化等多方面控制結構成本的方法，并對計算分析中連梁超筋的處理、含少量框架柱剪力墻結構的剪力調整等問題提出了自己的看法。

　　關鍵詞: 剪力墻及梁板結構布置;合理計算分析;構造措施優化;混凝土用量;用鋼量;結構用量成本控制

　　Abstract: for the present the biggest high-rise shear wall back hurriedly residential design, from the shear wall wall and the beam plank layout, reasonable structure calculation component analysis and the adjustment method, structural optimization measures many aspects such as the method of cost control structure, and the calculation and analysis of LiangChao jin the processing, even with a small frame shear wall structure column of the shear and adjust the author puts forward his own ideas.

　　Keywords: shear wall beam slab structure and layout; Reasonable calculation analysis; Structural measures optimization; Concrete consumption; Steel quantity; Structure dosage cost control

　　中圖分類號：TU398+.2 文獻標識碼：A 文章編號：

　　引言

　　隨著國家房地產政策和住宅產業化政策的推進，土地的稀缺性越來越突出，建筑均向高空化發展。高容積率的高層住宅小區也成為量大面廣的普遍的住宅形式。而在高層住宅的各類結構體系中，剪力墻結構的經濟指標性、抗震性能均比較突出，因而成為高層住宅中最主要的結構形式。地產開發商從經濟角度出發，為了控制成本，多數會在設計合同或合同附件里提出結構用鋼量及混凝土用量的上限要求。如何在確保在保證結構安全及實現建筑使用功能的前提下，將有限的結構材料及資源配置到能充分發揮其作用的關鍵部位，在不降低結構安全冗余度的情況下優化結構設計，做到安全可靠、技術可行、經濟合理成為結構工程師重點關注的區域。

　　1 結構布置

　　1.1剪力墻布置

　　根據經驗統計，在高層剪力墻住宅標準層單位面積含鋼量中，剪力墻墻身用鋼量約占總用鋼量的40%~65%，剪力墻邊緣構件用鋼量約占30%~50%(該統計數據為8度抗震設防區北京的數據，以下同)，因此剪力墻布置方案的優劣直接關系到整個結構的經濟性指標。剪力墻布置的基本原則是：合理減少剪力墻數量，在滿足建筑條件下合理控制剪力墻長度，做到剪力墻布置均勻，且各墻肢布置時應考慮合理減少減少邊緣構件，以期通過布置較少的抗側力構件獲得滿足規范要求的抗側、抗扭剛度。具體措施如下：

　　(1)控制剪力墻墻肢長度(長度≤8m)，布置均勻，少短肢剪力墻

　　仔細研究建筑條件，在保證豎向及水平承重情況下，要精心選擇對結構承受水平及豎向荷載有利的隔墻位置剪力墻，盡量拉大剪力墻的布置間距，把剪力墻間距控制在4.5m~6m，避免在較小的間距內布置多道剪力墻。嚴格控制段肢剪力墻數量，通過加長剪力墻墻肢長度，減少剪力墻數量，使結構整體抗側剛度增加，邊緣構件數量減少，且由于墻間距拉大，增加了建筑平面布置靈活性。為了使剪力墻實現彎曲破壞的延性破壞模式，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(簡稱高規)7.1.5條規定墻長不宜大于8m。實際上影響剪力墻破壞模式的兩個主要因素是剪跨比和軸壓比，只要剪跨比大于2，且軸壓比滿足規范限值，就能夠實現延性的彎曲破壞。對高層剪力墻，即便是墻長大于8m，剪跨比一般也會大于2，即能滿足延性破壞的需求。但大需要注意的是，在一個結構單元中，布置剪力墻時應布置均勻，避免個別墻肢為長墻，其余均為短墻。因為如果個別墻肢較長而其余墻肢較短時，長墻肢承擔總地震力的額度會較大，當其在超過設防地震的作用下首先發生破壞時，其余結構不能起到第二道抗震防線的作用，可能導致結構因個別長墻的破壞而其余構件尚未屈服而發生結構安全問題。所以在高層剪力墻結構中，長墻的脆性破壞不是主要的，內力集中在個別剪力墻上的不良后果反倒應引起足夠重視。通常情況下我們可通過在長墻中部設置洞口弱連梁方式分為兩個短墻肢，但對于經濟性指標非常嚴格的設計項目來講設置洞口會增加暗柱數量及施工難度從而增加工程成本。為此提出以下處理方式供設計人員參考：1)若長墻位于結構中部樓電梯間等核心筒附近，其開洞與否對周期比及位移比(即結構的扭轉效應)影響較小時，可在結構分析中建立有洞及無洞兩種模型分別進行分析，施工圖設計時不設置洞口，長墻按無洞模型配筋，其余構件按有洞模型配筋;2)當一個方向的長墻不少于四道且均勻布置時，可按整截面墻進行結構分析及截面設計;3)其余情況應按設置洞口弱連梁方式處理。這樣處理，既能保證結構安全，又盡可能地減少造價。

　　(2)強周邊，弱中部

　　剪力墻盡可能布置在結構周邊外圍護墻位置，必要時可利用房間窗臺設置高連梁以加強剛度。正常情況下，堅決避免在周圈維護墻上開設結構洞口。在結構中部宜減少剪力墻的布置量(如中部樓電梯間附近)，以便于提高主體結構的抗扭剛度，控制結構的周期比與位移比，周時有利于建筑外墻防水。

　　(3)暗柱布置多L形、T形、十字形墻肢，少復雜形狀轉折

　　在布置剪力墻時，應考慮剪力墻連續轉折及小墻垛布置對邊緣構件的影響，減少暗柱數量及避免設置不必要的大暗柱，因墻體轉折處必須設置暗柱。電梯并處往往是大暗柱設置區，為此應盡量避免在墻肢中部布置短橫墻及小墻垛。

　　(4)結構體系布置多連續，少半框

　　應盡量將結構兩個方向的剪力墻通過連梁或框架梁連成整體，形成貫穿整個結構寬度或長度的抗震結構，避免獨立墻肢或半框架墻肢出現，這有利于增加結構的整體抗側剛度，從而以較少的剪力墻布置量來滿足層間位移角限值要求。

　　(5)沿高度均勻變化

　　正常情況下，剪力墻厚度應沿結構高度均勻變化，高層剪力墻結構不宜在底部為適應建筑凈面積及豎向承重的要求布置大量200mm厚剪力墻，導致軸壓比偏高，在上部為控制成本減少剪力墻的設置量，此法會加大層剛度變化，不利于抗震，同時也不一定經濟;在結構加強區底部合理設置剪力墻厚度，厚度隨結構高度增加均勻變化，此做法還可以適應底部大層高的要求，避免為保證墻體的穩定而人為增加墻厚的情況。

　　(6)各墻肢軸壓比宜接近

　　在人工導算豎向荷載情況下，各剪力墻墻肢的軸壓比宜基本接近并盡量靠近相應結構抗震等級軸壓比限值，這樣一來，各墻肢承受豎向荷載值相近，說明剪力墻布置較為合理。也可以避免通過連梁或框架梁來調整各墻肢的軸向變形差，使梁配筋量增大，且可減少剪力墻的布置量及結構自重，盡可能減少地震力。讓每一道剪力墻直接發揮其豎向承載的作用，避免由于梁構件出現塑性而使得豎向力發生重分布從而影響結構安全。

　　1.2梁板布置

　　高層剪力墻住宅標準層單位面積含鋼量中，梁板的合計用鋼量約占35%~60%，所以剪力墻合理布置后，梁板布置也不容忽視。

　　對高層住宅，荷載一般不大，樓板絕大多數均為構造配筋，板厚就決定了樓板用鋼量的大小，所以樓板厚度一般按撓度、裂縫及板內設備穿管的最低要求取值，不必過厚，正常情況下，板厚取120mm厚均能滿足撓度、裂縫及穿管要求。

　　樓層梁布置時，應保證梁具有簡單明確的傳力路徑，避免多重次梁、多次傳力的情況。剪力墻結構中梁的經濟跨度一般在3.0~5.0m之間;若非剛度及連接一字形墻的需要，不宜設置高連梁，因梁越高混凝土用量越大，構造配筋越多。建筑的洞口預可設置后澆過梁，再砌梁上填充墻;連接較厚(350~400mm)剪力墻的連梁寬度若非剛度需要不一定與墻相同，這樣可以減少不必要的梁構造配筋量及混凝土用量，省下的空間還可滿足其他建筑功能的需要。較小跨度(3.6m以內)的板上有隔墻或開有洞口(洞口在1m以下)時，墻位置或洞口邊可不設置梁，可在板內設置加強筋的方式予以解決，這樣可降低由于設置梁而出現受力復雜或設置梁構造配筋而增加用鋼量的情況。

　　綜上所述，一個較為合理的剪力墻結構布置應該是“外圍墻多布，中部墻間距及長度均勻且長度相近，剪力墻之間有梁連接且加續貫通”;另外應從建筑平面圖仔細分析，爭取與建筑專業達到雙贏。

　　2 結構分析

　　2.1試算分析

　　根據建筑條件通盤考慮結構布置，先建立一個初步的結構模型，該模型以典型建筑平面標準層為基準，根據層數及層高進行簡單組裝;計算時假定模型中梁兩端為鉸接，不考虎地震作用及配筋情況下(計算速度快)先求出各樓層墻肢軸壓比，以符合“剪力墻軸壓比基本接近”的要求，初步估算墻肢厚度;比校計算軸壓比及規范規定的軸壓比限值，調整墻肢的長度、厚度及混凝土強度等級，并對模型進行修改，此次修改將形成多個標準層，將鉸接梁改為剛接梁進行第二次計算，分析計算結果中的周期比、位移比、層間位移角等結構整體計算指標是否滿足規范要求。

　　2.2計算調整

　　若層間位移角不滿足規范要求，可采取以下措施：查看位移文件以確定哪些樓層位移角超限，一般情況是結構中上部樓層，若超限不多，可通過提高剪力墻變厚度位置加以解決，否則需增加剪力墻的布置量或關鍵連梁的高度。

　　若周期比、位移比不滿足規范要求，可采取以下措施：1)將結構周邊程序定義為連梁的梁改為框架或增加連梁高度，以增加結構外圍剛度;2)減少結構中部剪力墻布置量及降低連梁高度以增大結構的平動周期而簡潔改善周期比、位移比;3)查看結構空間振型曲線，找出位移最大點，在該位置處適當增加剪力墻布置量，再計算以使周期比、位移比、層間位移角滿足規范要求。若層間位移角較規范限值富余較多，適應當調整梁布置及減小梁截面，將部分連接復雜的梁改為鉸接梁，以降低梁剛度，從而減小地震作用，降低成本。

　　2.3計算中若干問題的處理

　　(1)連梁超筋：計算分析中，個別連梁超筋經常出現。對超筋連梁，加高連梁的方式一般來說收效不大，應擴大洞口寬度或減少梁截面，增大連梁的跨高度，減小該片聯肢墻剛度，轉移其承載的部分地震力，從而降低連梁內力達不到超筋的目的;對調整的確有困難的梁，若其有他可靠水平力傳遞路徑也可以通過降低梁的彎剪剛度而不減小梁截面的方法進行調整。另外值得注意的是，現行主流設計分析程序僅對兩端與剪力墻相連，梁凈跨小于4m的梁，跨高比小于5才自動識別為連梁。導致對一端與剪力墻相連另一端與剪力墻端柱(按柱輸入)相連的連梁的漏判，以及兩端均與剪力墻相連、凈跨雖小于4m 但跨高比大于5的梁及兩端均與墻垂直相連梁的誤判，從而導致剛度折減錯誤和混凝土強度等級錯誤(連梁與剪力墻混凝土同等級)。計算時就注意到“特殊構件定義”里修改。

　　(2)剪力墻端拐角處的小墻垛，若非特別要求，計算分析中避免建立此類構件的模型，因計算結果表明小墻垛超筋或配筋較大的現象普遍存在(若因連接較大跨度梁造成計算配筋較大就應按實際配筋)，給截面配筋設計帶來較大困難。

　　(3)為了避開短肢剪力墻(厚度200mm),將墻長做成1700～1800mm的方式不太妥當，尤其是此類墻在整棟樓中所占的數量較多時，建議該類墻的長度不宜小于2000mm。

　　(4)對與墻垂直相交的梁，若墻體厚度不足以錨固梁支座鋼筋時，應采取附加錨固措施，若有可能設計為鉸接節點。

　　3 構造措施

　　3.1 墻配筋

　　(1)對帶翼緣的邊緣構件為計算配筋且配筋量較大時，建議用“剪力墻組合配筋”重新計算該邊緣構件，該邊緣構件總體配筋會減少25%以上，計算初值選默認的構造配筋值。

　　(2)對小開口整體墻(墻肢間連梁較高)，因開洞形成的一字形墻可不作為單片墻或短肢剪力墻，在配筋時，洞口兩側僅配構造邊緣構件;對L形、T形及十字形墻只要有一個方向不是短肢剪力墻，該墻肢整體不應定義為短肢剪力墻。

　　(3)在L及T形墻中當腹板(短)與翼緣(厚長)不匹配時可放寬對翼緣邊緣構件的構造要求，對十字形墻的交叉部位也僅需按構造要求設置暗柱。

　　(4)墻厚大于300mm的單片短肢墻可不定義為短肢剪力墻，可按一般剪力墻或框架柱的相關構造要求執行。

　　(5)當剪力墻混凝土強度等級為C50～C60且墻較長時或頂層外墻等溫度應力影響較大的區域，為減少混凝土收縮及溫度應力引起的裂縫，應加大水平分布鋼筋的配置量。

　　3.2 梁配筋

　　(1)高層或超高層剪力墻結構樓層連梁及框架梁由于地震作用的原因，其內力及配筋隨高度的變化較大，因此建議在畫梁施工圖時適當選擇歸并樓層數。建議視總層數多少按3～6層歸并為一層(歸并時應注意梁配筋沿高度的變化，不應把配筋差別大的樓層歸并到一起)，這樣可節約鋼材用量。

　　(2)當一端或兩端與墻垂直相交的梁計算中為剛接且墻體厚度足以錨固梁支座鋼筋時，若地震作用所產生的支座彎矩占總彎矩30%以上時，梁應按框架梁構造，相應剪力墻位置應根據梁端彎矩計算配置暗柱縱筋。

　　4 控制建筑結構成本的措施

　　綜合以上，控制成本的措施可歸納為以下幾點：

　　4.1采用輕質隔墻材料

　　隔墻盡可能采用輕質墻體，如加氣混凝土砌塊、輕質墻板等，以減輕荷載，減小地震作用，降低基礎造價。暗柱、梁、板采用高強鋼筋(如三級鋼)，以減少計算配筋量。

　　4.2根據實際情況進行荷載清理。

　　如有大量的門、窗洞口，其墻體荷載可以扣除，明確建筑使用功能以確定活荷載，去掉不必要的荷載。

　　4.3合理的結構布置和精細的計算

　　1)在保證向及水平承重情況下，盡量拉大剪力墻的布置間距;

　　2)剪力墻厚度沿結構高度均勻變化;

　　3)剪力墻之間應有梁連接，避免獨立懸壁墻肢及半框墻肢的出現;

　　4)剪力墻的軸壓比盡量接近規范限值，以減少剪力墻布置及結構自重;

　　5)在布置剪力墻時，應考慮剪力墻轉折及小墻垛布置對邊緣構件的影響，以避免不必要的大暗柱設置;

　　6)連接較厚剪力墻的框架梁及連梁的寬度不一定同墻厚，該做法會給建筑功能帶來益處;

　　7)在僅考慮豎向荷載的情況下，各剪力墻的軸壓比應基本接近，以避免通過連梁來調整各墻肢的軸向變形差;8)層間位移角盡量靠近規范限值1/1000。

　　4.4 嚴格按計算結果及構造要求配筋

　　模型荷載都準確無誤的情況下嚴格按計算結果配筋，不盲目放大(尤其對剪力墻)，可保證結構安全。

　　5 結語

　　高層剪力墻住宅結構優化的目的不僅僅是為了經濟性而經濟性，不是一味地都按規范或計算的底限進行設計，而是充分理解規范，充分發揮材料性能。對影響結構性能的重點、關鍵部位及計算程序不能準確分析或計算模型與實際情況有出入的部分，應重點加強或補充分析，做到有的放矢，突出重點。

　　在建筑設計的方案及初步設計階段，結構設計人員就應與建筑師密切配合，根據結構概念知識初步確定合理的剪力墻布置，調整建筑方案中不合理的體形或布局，避免不規則或嚴重不規則平、立面布置。結構優化往往是與各專業密切配合、充分溝通、并綜合前述各方面要求，經多方案比較后形成一個優化的結構布置。一個好的結構布置，對房屋建設成本的起到關鍵作用，再加上后期的精心設計即可得到一個較為優秀的設計方案，從而做到技術先進、安全適用、經濟合理、確保質量及滿足業主經濟性指標設計的要求。

　　參考文獻

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