淺談剪力墻截面優(yōu)化對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響

在城市土地寸土寸金的今天，住宅的開發(fā)已經(jīng)完全由磚混結(jié)構(gòu)為主的多層轉(zhuǎn)向剪力墻結(jié)構(gòu)為主的小高層及高層。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同于磚混結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，它不僅僅能滿足使用要求和規(guī)范條文，其結(jié)構(gòu)對(duì)工程人員的設(shè)計(jì)概念要求更高：結(jié)構(gòu)體系的選擇對(duì)于工程的安全性及經(jīng)濟(jì)性起著決定性的作用。本文通過筆者親歷的一個(gè)小高層住宅的設(shè)計(jì)過程，淺析剪力墻截面優(yōu)化對(duì)于工程經(jīng)濟(jì)性的影響。

一、工程概況

本工程為石家莊市新樂縣某小區(qū)的一棟小高層住宅，地下一層，地上十層。抗震設(shè)防烈度為6度，層高3米，總高30.45米，結(jié)構(gòu)體系為普通剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為四級(jí)。初步設(shè)計(jì)外墻厚度200mm，內(nèi)墻160mm，經(jīng)過前期試算，最終優(yōu)化方案確定剪力墻體厚度為140mm。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程

在剪力墻體系結(jié)構(gòu)中，墻肢的設(shè)計(jì)對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體安全至關(guān)重要。規(guī)范對(duì)于剪力墻的要求較明確：需要滿足最小厚度要求、墻肢截面最小高度要求、強(qiáng)剪弱彎要求，還要符合軸壓比及剪壓比等限制要求。墻肢的截面厚度除了必須滿足承載力的要求外，也要同時(shí)滿足穩(wěn)定要求以及避免過早出現(xiàn)剪切裂縫的要求。通常把穩(wěn)定要求的厚度要求為最小厚度，通過構(gòu)造要求設(shè)定。

在結(jié)構(gòu)體系中，可以通過假定樓板為剛性樓板，將其視為剪力墻的側(cè)向支撐，可防止剪力墻由于側(cè)向變形而平面失穩(wěn)。平面外相交的剪力墻也可作為其側(cè)向支撐，防止其失穩(wěn)。因此，參考雙向板中跨度與彎曲變形關(guān)系的規(guī)律，剪力墻的最小厚度應(yīng)有樓層高度及無支長度（即與剪力墻平面外相交的剪力墻之間的距離）兩者中的較小值控制。層高較低者可以根據(jù)層高確定墻體厚度，反之，則根據(jù)無支長度確定墻體厚度。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2002》（以下簡(jiǎn)稱高規(guī)）第7.2.2條規(guī)定：四級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)的剪力墻截面厚度，底部加強(qiáng)部位不能小于層高或剪力墻無支長度的1/20，且不應(yīng)小于160mm；其他部位不應(yīng)小于層高或剪力墻無支長度的1/25，且不能小于160mm。而《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2001》（以下簡(jiǎn)稱抗規(guī)）的第6.4.1條規(guī)定：四級(jí)抗震的抗震墻厚度不應(yīng)小于140mm，且不應(yīng)小于層高的1/25。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002》的第11.7.9中也有與抗規(guī)相同的規(guī)定。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，雖然它符合高規(guī)的適用范圍，但由于層數(shù)較少，如果僅按照高規(guī)設(shè)計(jì)，截面選用160mm，則有“大馬拉小車”的感覺，經(jīng)濟(jì)性差。經(jīng)過綜合考慮，最終優(yōu)化方案，決定按照抗規(guī)選用厚度為140mm的截面；并按照高規(guī)第7.2.2條的規(guī)定：當(dāng)墻厚不能滿足要求時(shí)，按照高規(guī)附錄D進(jìn)行墻體穩(wěn)定驗(yàn)算。

經(jīng)過墻體穩(wěn)定驗(yàn)算后，本工程墻厚140mm，能夠滿足計(jì)算要求。在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡量避免梁垂直于墻體，以免造成平面外彎矩。當(dāng)梁不得不垂直于墻體時(shí)，必須在墻體內(nèi)加設(shè)暗柱，通過計(jì)算配筋來滿足規(guī)范要求。

設(shè)計(jì)完成后，結(jié)合本工程的規(guī)模進(jìn)行估算，墻厚定位140mm取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，室內(nèi)面積增大了134平方米，減少混凝土用量480立方米，總計(jì)節(jié)約造價(jià)約80萬元。

通過此案例可以看出，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)性上有很大的改進(jìn)空間。在規(guī)范允許的條件下，膽子大一點(diǎn)，計(jì)算多一點(diǎn)，只要有充分的理論依據(jù)和精確的計(jì)算，就一定可以在保證安全的前提下取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

（作者單位：北京鐵路局豐臺(tái)車輛段）