秦東

摘 要：本文針對剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，對剪力墻結(jié)構(gòu)進行概念分析，總結(jié)出剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點和結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的思路，列出了剪力墻結(jié)構(gòu)的一般經(jīng)濟指標。剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，可以提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的品質(zhì)，降低工程造價，達到技術(shù)性和經(jīng)濟性的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：剪力墻；優(yōu)化設(shè)計；經(jīng)濟分析

前 言

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化計，是采用合理的結(jié)構(gòu)體系和方案，在滿足各種規(guī)范的條件下，選出的最可靠，經(jīng)濟的設(shè)計方法。經(jīng)過優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可使建筑工程總造價降低10～35%，這筆隱形的利潤總額非常巨大，對于減少項目投資、增加企業(yè)利潤、提高資金周轉(zhuǎn)率等都有幫助，具有巨大的經(jīng)濟價值。

鋼筋混凝土剪力墻可進行靈活布置，結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，連梁具有很好的耗能性能，因而在民用建筑（主要用在高層住宅）中廣為采用，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計有著十分重要的意義。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)概述

剪力墻結(jié)構(gòu)是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)用鋼筋混凝土墻來抵抗豎向荷載和水平力，其變形特點為彎曲型。現(xiàn)澆的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好，側(cè)向剛度大，承載力大，在水平力作用下側(cè)移小，抗震性能好。

剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻體除承受沿其平面作用的水平剪力和彎矩外，還承擔(dān)豎向壓力，是在軸力、彎矩和剪力的復(fù)合狀態(tài)下工作。其受水平力作用下類似一個底部嵌固于基礎(chǔ)上的懸臂梁，在地震作用或風(fēng)荷載作用下，剪力墻除滿足剛度強度要求外，還須滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性，能量耗散和控制結(jié)構(gòu)開裂而不倒的要求，墻肢必須能防止墻體發(fā)生脆性剪切破壞，設(shè)計時應(yīng)將剪力墻設(shè)計成延性彎曲型剪力墻。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)從概念階段入手，將結(jié)構(gòu)水平位移和地震力控制在合理的范圍之內(nèi)，然后檢查結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和配筋，對重點部位的配筋進行單獨的分析，最終確定合理的含鋼量。

剪力墻結(jié)構(gòu)在概念階段的優(yōu)化，要從總體上合理布置剪力墻的位置，確定剪力墻的數(shù)量、長度、厚度，以“周邊、對稱、成對、封閉”的原則去布置剪力墻，可以得到較大的平面剛度和抗扭剛度。具體實施時，應(yīng)采用以下措施：強周邊、弱中部；多均勻長墻，少短墻；多L形，T形、十字形墻肢，少復(fù)雜形狀；沿高度均勻變化；各墻肢軸壓比接近并盡量靠近相應(yīng)結(jié)構(gòu)抗震等級軸壓比限值。在確定剪力墻數(shù)量、長度、厚度時，應(yīng)在設(shè)計時控制其基本自振周期，一般為0.05～0.08n（n為結(jié)構(gòu)總層數(shù)）較為適宜，同時，設(shè)計時盡可能接近規(guī)范要求的層間位移角限值，如計算結(jié)果相差太多，說明剪力墻結(jié)構(gòu)剛度較大，剪力墻布置數(shù)量太多，應(yīng)適當(dāng)減少墻體數(shù)量?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》GB50011-2010規(guī)定，剪力墻的墻肢長度不大于墻厚的3倍時，應(yīng)按柱的有關(guān)要求進行設(shè)計，設(shè)計時應(yīng)避免出現(xiàn)過短的墻肢，同時，墻肢過長時，相對剛度較大，其吸收的地震作用也大，因此，應(yīng)盡可能使同一層內(nèi)的各墻肢剛度大致均勻，使傳至各墻肢的地震作用大致均衡。在一片完整的剪力墻墻肢上開洞，雖然可以減少混凝土用量和減小側(cè)向剛度，但洞口兩側(cè)的邊緣構(gòu)件以及頂部的連梁會相應(yīng)的增加鋼筋用量和人工費用，一般不建議采用。結(jié)構(gòu)的剛度與剪力墻長的三次方成正比，與厚度的一次方成正比，因此減小剪力墻截面厚度即可以有效減少材料用量，又不至于嚴重削弱結(jié)構(gòu)的剛度。一般來講，剪力墻的設(shè)計應(yīng)在滿足剛度及穩(wěn)定性的前提下，盡量減薄，達到減少剪力墻材料用量節(jié)約造價的目的。

剪力墻除作為抗震構(gòu)件之外，還有一個作用是作為豎向承重構(gòu)件，因此，混凝土強度等級不宜過低，一般下部樓層C30～C40，上部樓層C25～C30為宜，這樣有利于減小剪力墻的截面、節(jié)省材料，減輕自重。在普通剪力墻和短肢剪力墻的判別上，除按規(guī)范要求的時為短肢剪力墻外，還需注意，通過連梁連接的兩個墻肢很短的剪力墻，因為連梁剛度很大，屬于聯(lián)肢剪力墻，不屬于短肢剪力墻，而通過跨高比很大的梁相連的兩個墻肢很短的剪力墻，每個墻肢基本上是獨立工作，屬于短肢剪力墻。L形的剪力墻，雖然有一個方向?qū)儆诙讨?，只要另一個方向滿足普通剪力墻的長度，就應(yīng)屬于普通剪力墻。因短肢剪力墻的配筋要求比普通剪力墻要嚴格許多，因此，明確的區(qū)分剪力墻形式，可以避免很多不必要的浪費。

剪力墻中的連梁用以連接相臨的墻肢，設(shè)計時允許開裂，可做剛度折減。連梁高度過高時，剛度大，分配的內(nèi)力大，平均剪應(yīng)力也大，可能引起連梁本身超筋超限，還可能造成相連的剪力墻抗剪水平筋過大，墻肢剪跨比小，連梁和墻肢的延性差。因此，在剛度滿足的情況下，連梁高度不宜過大，可以獲得較好的承載力和延性。對于設(shè)計中常遇到的連梁超筋超限問題，多數(shù)是抗剪截面超限，即平均剪應(yīng)力不能滿足規(guī)范要求，在高烈度區(qū)抗震設(shè)計時尤其明顯。根據(jù)參考文獻[2]，可以有如下一些處理方法：①對連梁調(diào)幅處理，進行剛度折減，一般情況下，連梁剛度折減系數(shù)，8度區(qū)不宜小于0.5，7度區(qū)不宜小于0.8。②增大跨高比，最常用的措施是減小連梁高度，目的也是減小連梁剛度和內(nèi)力。③設(shè)置雙連梁，將高度為h的梁通過設(shè)置水平縫，變成兩根高度為h//2的梁，梁端單位轉(zhuǎn)角引起的彎矩和剪力變?yōu)?/4，連梁的內(nèi)力迅速減小，但連梁的抗剪承載力基本不變。④接鉸接處理。在進行了上述調(diào)整后，若仍有部分不符合承載力要求時，可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力，然后按“強剪弱彎”的要求，配置相應(yīng)的縱向鋼筋。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)用鋼量統(tǒng)計

通過以上所述優(yōu)化措施，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以完全滿足規(guī)范要求，符合結(jié)構(gòu)的受力特性，同時達到很好的經(jīng)濟效益，下表是剪力墻結(jié)構(gòu)含鋼量的一個優(yōu)化目標值，供設(shè)計人員及甲方工作人員參考。

注：①上表不包括基礎(chǔ)部分的鋼筋用量。

②對于形狀比較規(guī)則的剪力墻結(jié)構(gòu)，含鋼量完全可能突破此目標值，取得更好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，采用合理的布置形式，調(diào)整和控制剪力墻結(jié)構(gòu)體系剛度，改善剪力墻的抗震性能。同時在具體的配筋方面，合理的運用規(guī)范要求和計算結(jié)果，對特殊位置出現(xiàn)的鋼筋超配問題進行有針對性的處理，在保證整個結(jié)構(gòu)安全可靠的條件下，節(jié)省不必要的投資，取得良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]高立人，方鄂華，錢稼茹.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計.中國計劃出版社，2005.

[2]朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析.中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中疑難問題的處理及算例.中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[4]王全鳳.高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化、動力和穩(wěn)定的實用計算.福建科學(xué)技術(shù)出版社，2002.