分析高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略

2019-07-30文善任湖南省建筑科学研究院有限责任公司湖南长沙410000

中国房地产业 2019年14期

文/文善任湖南省建筑科学研究院有限责任公司湖南长沙 410000

现阶段，高层建筑的建设不断增加，促使剪力墙结构被广泛应用。其具有较强的抗震性能，而且建设使用的钢材料量小，经济效益明显，同时结构不会漏出梁柱，美观性较好。目前来说，采用的剪力墙结构，主要类型如下：1）整体型剪力墙；2）小开口整体型剪力墙；3）联肢墙型剪力墙等。现结合工程实例，分析高层民用建筑剪力墙结构的设计特点。

1、项目概述

以某高层建筑项目为例，其基本情况如表1所示。此建筑的基本风压为0.40kN/m2，建设场地类别为Ⅲ级，建筑基础设计等级为甲级，按照8 度抗震设防，其余指标情况如表2所示。现结合此实例，分析高层民用建筑剪力墙结构的设计特点，总结设计优化策略。

表1 建筑工程基本情况

表2 建筑指标基本情况

2、高层民用建筑剪力墙结构设计特点

2.1 设计难度大

从剪力墙的结构角度来说，主要是由纵向剪力墙和横向剪力墙以及楼盖组成，属于常见的高层建筑空间结构，被广泛应用。因为纵向剪力墙和横向剪力墙实际应用时，要求形成较强的刚度，在水平方向产生较小的位移。剪力墙的应用，其自身的抗震性能以及抗风性能优越，对承载力要求很高，因此剪力墙结构整体具有紧凑的特点，增加了设计的难度。

2.2 设计要求高

从高层民用建筑的角度来说，其建设的质量和安全要求较高，因此对结构设计提出了较高要求。在具体实践中需要设计人员能够结合建筑功能情况，合理选择剪力墙结构布置方案，严格按照结构设计要求，做好剪力墙结构的设计优化，尤其是细节的优化，确保设计方案的合理性和科学性。在具体设计时需做好以下要点的把控：1）水平荷载。建筑的结构特性和建筑自重及附加荷载产生的轴力等，有着很大的关系，同时和楼房的高度呈现正比关系。一般来说，高层建筑自重和荷载，比如竖向荷载，存在着比值关系，这和建筑结构特性有关，建筑使用过程中可能会出现变化。2）轴向变化。高层建筑结构设计时，需要注重建筑竖向自重荷载的把控，以免建筑使用时产生轴向变形，给连续梁弯矩造成影响[1]。

3、高层民用建筑剪力墙结构设计优化策略

3.1 合理布置剪力墙结构

从剪力墙结构设计的角度来说，若想要实现设计的优化，要注重合理布置剪力墙结构。在具体设计中做好以下要点的把控：1）精准区分普通剪力墙与短肢剪力墙的差异。一般来说，普通剪力墙指的是墙肢长度和厚度比不小于8 的建筑剪力墙，也就是200mm 厚度的剪力墙，设置的墙肢长度不小于1600mm。设计的短肢剪力墙，其主要为截面厚度小于300mm，同时各墙肢截面高度和厚度比值在5-8 范围内的剪力墙。相比普通剪力墙，短肢剪力墙的抗震性能较弱，因此设计时要结合建筑工程建设区域和工程地质情况等，合理选择剪力墙形式。2）设计的剪力墙结构，要避免设置独立小墙肢。因为此类墙肢的存在，增加了建筑施工的难度，因此有必要合并孔洞。3）剪力墙结构设计实践中要确保结构整体的刚度。在开展设计时要做好自振周期的把控，使其处于0.05n-0.08n，n 指的是结构总层数，进而保证结构的性能[2]。精准计算建筑剪力墙的刚度参数，同时确保刚度以及剪力墙层数相互匹配，扩大建筑内部的有效使用空间以及承载力。除此之外，要注重混凝土的控制，按照位移极限规范，合理增强建筑墙肢和建筑连梁之间所具有的抗剪性能，有效降低截面设计的难度系数。

3.2 优化剪力墙的平面布置

从建筑剪力墙平面的优化设计实践来说，要做好以下要点的把控：1）保证平面的对称性。建设的剪力墙必须要顺着中心轴线，做好对称性的把控，保证设计的合理性，促使墙体重心能够和建筑结构刚度中心尽可能重合，以此减少扭转。2）布置的剪力墙不可以过密，建议多设置均匀长墙，墙体长度小于等于8m，少布置短墙，同时墙肢的厚度应该沿着高度合理变化。3）坚持强周边和弱中部的原则，优选L 形平面和T 形平面以及十字型平面，尽量少布置复杂的平面，最大程度上保障剪力墙结构的整体稳定性，同时保持侧向刚度的合理性。坚持周边和对称以及封闭的设计原则，来布置剪力墙，保证平面刚度以及抗扭刚度达到最大，增强建筑物结构的整体抗震效果。若想保证建筑建设的经济效益，必须要做好各个墙肢的轴压比把控，尽量接近相应结构抗震等级轴压比限值[3]。

3.3 做好墙身设计的优化

从剪力墙结构设计实践的角度来说，进行设计优化，要注重剪力墙数量的优化和厚度优化。剪力墙结构优化设计，必须以保证结构整体的性能为前提，最大程度上降低建筑建设的造价，做好初步设计质量的把控。设计剪力墙施工图纸时，要注重配筋方面的优化设计，最大程度上确保墙身水平钢筋和垂直钢筋相互匹配，促使斜截面与正截面的抗剪承载力能够和受弯承载力相互结合。严格按照建筑剪力墙结构设计规范，优化布置暗柱以及端柱，积极完善各级结构抗震措施，促使建筑结构的整体稳定性得以提升。除此之外，对于建筑结构墙身的设计，必须要注重钢筋间距的把控，进而确保建筑墙身设计的整体质量。坚持选择小直径但是高强度的钢筋原则，进行结构设计的优化，将建筑墙身的计算结果把控在建筑构造配筋范围内，达到最小配筋率的基本要求。如果高度很高加之平面规则性很差，对此结构进行优化设计时，结合实际情况，合理增加钢筋配筋率，把控在相对很小的幅度范围内，相比最小配筋率略高即可。

3.4 做好边缘构件的优化

一般来说，剪力墙边缘构件主要分为约束边缘构件以及构造边缘构件。其中，约束边缘构件使用的配筋比较多。在设计时若剪力墙轴压比超过相应数值以后，若想达到1-3 级抗震要求，建设的剪力墙底部加强区以及上层，建议布置约束边缘构件，其余楼层布置构造边缘构件。结构设计时需要依据底部加强位置以及非加强位置的具体情况，合理区分配筋，适当设置边缘构件过渡层，同时要满足各等级抗震以及不同抗震设防烈度要求下的剪力墙抗震措施[4]。