高層剪力墻住宅結構設計措施優化分析

史 飛 侯威鋒

(鄭州大學綜合設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

?

高層剪力墻住宅結構設計措施優化分析

史 飛 侯威鋒

(鄭州大學綜合設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

從材料、荷載、抗震等級、計算參數、上部結構模型等方面，闡述了建筑結構的設計技術，并探討了施工圖繪制中的關鍵事項，有利于提高建筑結構的設計水平，滿足建筑舒適性、經濟性及環保性的要求。

建筑結構，施工圖，鋼筋，抗震等級

隨著國家建立節約型社會的理念不斷深入，房地產商和建筑的需求者對建筑結構的優化設計提出了更高的要求，人們在追求結構安全、質量可靠的基礎上，更加注重建筑的功能性、舒適性、經濟性、環保性。輕質高強材料、有限元設計理論的快速發展和現代信息技術的不斷應用，為建筑結構的改善提供了更強大的技術基礎。結構優化就是建立在先假定材料的強度等級、各個構件的截面尺寸及構件的布置方式，然后建立工程結構的數據模型，并進行結構內力和位移分析，驗算結構構件的強度和變形，通過不斷試算，使各項指標都能滿足規范最低要求。我們可以從以下幾個方面入手，來控制結構出圖的含鋼量，以此實現結構優化的目的。

1 制定統一的結構設計技術措施

1.1 材料選取的統一標準

混凝土強度等級選用，基礎采用C30，梁、板、樓梯采用C30，柱子采用C30～C35，剪力墻采用C30～C45，壓頂、構造柱、圈梁等采用C20。梁、墻柱主筋，約束邊緣構件箍筋，板受力筋，地下室頂板梁箍筋，節點大樣中受力鋼筋可選用HRB400的熱軋鋼筋，樓板分布筋，梁柱箍筋,構造邊緣箍筋，墻拉筋，節點大樣中分布鋼筋等可選用HRB300的熱軋鋼筋。

1.2 荷載選取的統一標準

樓板荷載包括面層和抹灰，根據建筑做法實際計算，取1.3 kN/m2～1.5 kN/m2，如有地熱取為2.2 kN/m2。板上隔墻荷載部分，應盡量減少短小次梁，墻體直接放置樓板上，以充分發揮樓板承載力；當板上隔墻為非固定隔墻時，取隔墻每延米自重的1/3作為樓面活荷載的附加值計入，且不小于1 kN/m2。墻體材料容重不大于8.0 kN/m3，計算梁上部分線荷載時必須扣除結構梁高，有洞口門窗時應對門窗荷載進行折減處理。活荷載的取值見表1。

表1 活荷載選用表

消防車道及撲救場地荷載：本工程地下室頂板有覆土，建議消防車荷載經跨度插值后再按附錄B進行折減。當單向板樓蓋板跨介于2 m～4 m之間時，消防車活荷載可按跨度在35 kN/m2～25 kN/m2范圍內線性插值確定，當雙向板樓蓋板跨介于3 m～6 m之間時，消防車活荷載可按跨度在35 kN/m2～20 kN/m2范圍內線性插值確定，頂板板塊僅部分有消防車道時，建議按面積比例進行適當折減。設計基礎時，可不考慮消防車荷載，進行梁柱設計時，應按荷載規范5.1.2，根據結構體系進行相應的消防車活荷載折減。

1.3 結構抗震等級統一標準

結構抗震等級統一標準見表2。

表2 結構抗震等級統一標準

1.4 計算參數的統一標準

1)混凝土容重：Gc=25 kN/m3(框架),Gc=26 kN/m3(剪力墻)。

2)周期折減系數：TC=0.95(剪力墻),TC=0.7(框架)。

3)土的水平抗力系數的比例系數(MN/m4)：根據實際情況MI取2.5～300。

4)計算地震內力時，剪力墻連梁剛度可折減；計算位移時，連梁剛度可不折減。

5)連梁減壓比不滿足要求時，可采用雙連梁、多連梁形式，或配置交叉斜筋，優選交叉斜筋。

6)梁端在梁柱重疊部分簡化：作為剛域。

7)抗震設計的框架梁端配筋是否考慮受壓鋼筋：是。

8)是否考慮雙向地震扭轉效應：優先考慮調整結構布置，使位移比均不大于1.2，當同一工況下較多位移比超過1.2時，應考慮該項。

1.5 上部結構模型的優化

27號原模型結構布置圖見圖1，27號建議修改后模型結構布置圖見圖2。

調整結果：

位置一：此位置剪力墻縮短900 mm；

位置二：取消該位置處梁(該梁位于客廳廚房間，業主應許的情況下可做)；

位置三：改變此處墻體洞口輸入方式，側向剛度增強;

位置四：取消該處次梁，采用墻下加強筋做法；

位置五：去掉該處Y向墻垛；

位置六：原模型輸入計算縱筋過大，故改為向核心筒方向偏置；

位置七、位置八：取消該處過長的Y向墻垛；增設位置八處墻垛(可減少豎向邊緣構件，且減少墻體)；

位置九：縮短該處Y向剪力墻長度1 000 mm。

2 施工圖繪制中的統一技術措施

2.1 地下室部分(采用梁板結構時)

3)若頂板作為嵌固端時，通長鋼筋配筋率0.25%即可，支座不足時另加。

4)底板通長鋼筋配筋率按規范0.15%即可，支座不足時另加。

5)地下室外墻不設置暗梁，外墻水平鋼筋配筋率全截面(兩側之和)按0.3%。

6)地下室頂板梁底部鋼筋可允許第二排鋼筋不伸入支座，參照11G101-1-P87。

7)外墻配筋方式建議取11G101-1-P77頁采用通長鋼筋+附加短筋的形式。

2.2 主樓部分

1)主梁縱筋盡量用小直徑鋼筋拉通,如按以下原則配筋:保證通長鋼筋比較節省；

2)當加密區配筋較大時，加密區與非加密區箍筋直徑可不同，如加密區8，非加密區6,如圖3所示。

4)如存在部分框架梁一端為梁的情況，建議說明中注明框架梁如有一端為梁的，此端箍筋不設加密區。

2.3 樓板配筋的選用

樓板配筋按(0.15和45ft/fy)%的較大值，可按表3進行選擇。

表3 樓板配筋取值表

2.4 墻體鋼筋選用

剪力墻分布鋼筋最小配筋率0.25%(一、二、三級抗震)(見表4)。

表4 墻體鋼筋選用表

2.5 邊緣構件的設置

底層墻身軸壓比不大于0.3時，可不設約束邊緣構件。轉角墻較短邊軸壓比不足時，可按組合墻軸壓比進行復核。計算約束邊緣構件體積配箍率時，可計入墻身水平分布鋼筋的體積配箍率(不大于總體積配箍率的30%)。

3 結語

通過上面統一技術措施的制定，可以避免在滿足計算情況下隨意放大配筋，配筋時還要注意計算結果的合理取用，遵循強柱弱梁、強剪弱彎、強節點、強錨固的設計原則，所選取的鋼筋既要綜合考慮結構構件在強度、撓度和裂縫方面的要求，同時要兼顧方便施工和可操作性。在結構設計中盡可能選用高質量、高標號的混凝土，利用高強鋼筋，減少鋼筋用量，減少截面尺寸，降低結構自重，減少地震作用力，節約成本；采用節能和環保的輕質隔墻材料，也可降低結構自重，減少地震作用力，進而減少結構鋼筋和混凝土的用量。在模型計算中，要建立多個模型進行多方案對比，在分析、比較判斷的基礎上對計算結果進行合理的調整和選用，計算和分析清晰，在繪制施工圖的時候就會心中有數，做到有的放矢，控制關鍵部位的鋼筋含量，減少不必要的配筋；不靠盲目加大鋼筋含量來保證結構安全，而是靠計算結果的準確度和自己積累的工作經驗來保證結構安全實現經濟的含鋼量，從而達到優化成本的目的。

[1] 孫芳垂.建筑結構設計優化及實例[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2] 李玉蘭.高層住宅建筑結構設計優化[J].建設科技，2010(11)：87-88.

[3] 田偉平.探析如何優化高層住宅建筑結構設計[J].建筑工程技術與設計,2016(4)：44-46.

[4] 梁沛林.芻議房屋建筑結構設計優化策略[J].建筑知識(學術刊),2014(8)：74-75.

[5] 朱杰江.建筑結構優化及應用[M].北京：北京大學出版社，2011.

Analysis on the design measures of high-rise shear wall residential structure

Shi Fei Hou Weifeng

(ZhengzhouUniversityIntegratedDesignInstituteLimitedCompany,Zhengzhou450000,China)

From the material, load, seismic grade, parameter calculation, superstructure model and other aspects, this paper elaborated the design technology of building structure, and discussed the key points in construction drawing, to improve the design level of architectural structure, met the building comfort, economy and environmental protection requirements.

building structure, construction drawing, steel bar, seismic grade

1009-6825(2017)06-0053-03

2016-12-15

史 飛(1983- )，男，碩士，工程師； 侯威鋒(1979- )，男，工程師

TU318

A