高層住宅結構剪力墻優化設計探討

（晉城合為規劃設計集團有限公司，山西 晉城 048000）

1 高層住宅剪力墻結構設計概述

剪力墻結構指運用鋼筋混凝土等現代化墻板替代傳統框架結構中的梁柱部分，幫助提高高層住宅建筑物內部整體荷載能力，并提升結構的平衡控制效果。目前剪力墻結構設計被廣泛應用在實際的土木建筑高層住宅施工中，促進建筑結構穩定性的提升。在建筑工程剪力墻的設計過程中，其主要承重力來源于剪力墻，剪力墻不僅能夠對建筑豎直和水平方向的荷載力進行承載，還能對建筑內部空間規劃起到一定的隔離效果。結合實際的建筑工程情況，剪力墻的高度在設計過程中需要與建筑內部高度相等。與其他建筑結構部位相比，一般剪力墻厚度較薄，最薄部位在16cm 左右，這種特點能夠為建筑結構內部提供更加多樣化的空間范圍和空間規劃的可能性。

2 目前我國建筑工程高層住宅剪力墻結構設計中存在的主要問題

2.1 對于剪力墻結構設計優化圖紙認識程度不足

建筑工程圖紙對整體的建筑工程高層住宅剪力墻結構設計起到指導性作用，如果建設單位未充分認識到設計優化圖紙對于建筑工程項目的重要影響，在剪力墻結構圖紙繪制過程中，忽略結構優化設計細節，不僅會對整體高層住宅項目建設進度造成負面影響，而且會降低后期實際建筑物整體建設質量，甚至造成一些施工事故的發生。結合目前我國一些建筑企業的高層住宅剪力墻結構設計優化圖紙繪制過程，大多數設計人員在圖紙設計完成后，沒有根據實際的工程建設情況進行二次檢查，降低了結構設計優化圖紙與實際建筑結構設計施工的匹配程度。除此之外，一些設計人員缺乏實際的高層住宅剪力墻結構設計優化管理經驗，使得在圖紙設計過程中出現多種問題，造成圖紙設計推導值丟失，不利于整體優化設計工作的正常開展。

2.2 一些建筑物內部存在較多設計缺陷

在實際的高層住宅剪力墻設計過程中，對于建筑結構內部多個承重部位、結構環節整體性具有較高的要求。為了明顯提升建筑結構整體的安全性，需要建筑工程管理人員對各項資源進行合理的安排、協調和利用。同時在設計過程中對不同結構、不同節點的實際情況進行針對性分析，對各個設計優化環節進行嚴格把控。這就在一定程度上提高了高層住宅剪力墻結構設計優化整體把控的難度，造成更多偏差問題的出現，使得在實際的建筑結構設計中存在較多缺陷。比如剪力墻結構設計不合理、抗震結構設計不符合建筑標準、混凝土結構質量較差等，降低了整體高層住宅剪力墻結構的穩定性和安全性。

2.3 未與實際的高層住宅剪力墻施工進行有效聯系

由于在實際的高層住宅剪力墻施工過程中，受外部因素影響較多，比如施工設備、工程選址、材料采購、設計優化圖紙制作等。目前大多數建設單位對于整體的高層住宅剪力墻結構設計優化過程管理較差，缺乏與實際現場設計過程中相關技術人員之間的溝通和交流，使得建設過程中發生不同程度的安全事故。

2.4 高層住宅剪力墻結構設計中混凝土結構質量問題

由于高層住宅剪力墻混凝土結構施工中，材料的配比缺乏合理性，必然會影響混凝土質量，使得高層住宅剪力墻結構設計結構不能達到國家規定的要求。在具體的施工過程中，由于監理人員不具備較高的安全意識，或者在施工中存在偷工減料的難問題，必然會影響高層住宅剪力墻混凝土結構的施工質量達標。另外，在高層住宅剪力墻混凝土結構施工的時候，施工人員往往從施工習慣出發在混凝土中加入一定比例的硅粉，目的在于使混凝土的自收縮值有所提高，保證其穩固度。硅灰和混凝土之間是正比例關系，將粉煤灰加入到混凝土中，混凝土的自收縮值就會有所降低。硅灰和粉煤灰具有相似的特性，與混凝土的自收縮值成正比。

3 高層住宅剪力墻結構設計優化措施

3.1 開展有效的高層住宅剪力墻抗震設計優化

我國相關建筑工程建設管理制度對于高層住宅剪力墻的抗震等級提出了嚴格要求，因此在實際的高層住宅剪力墻結構設計優化過程中，需要對抗震部位進行優化處理。一般在實際設計過程中，受建筑環境以及各種外部因素影響，整體的抗震等級設計需要比規定值更高，從而保障建筑物在外作用力下保持穩定的延展性和承載能力。除此之外，設計人員需要著重注意鋼筋結構配比及混凝土作用力配比，提高建筑物在面對地震時的安全性。下面結合工程實例對某高層住宅剪力墻進行抗震設計優化分析：

以某工程項目為例，該工程整體分為五期，一期為中小產業創業園，二期為商業街，三期為別墅區，四期、五期為高層住宅和寫字樓。目前前三期建筑工程基本完工，已投入使用。下面選擇某高層住宅，進行剪力墻抗震優化設計。該住宅建筑面積共計5482.5m2，地下2 層，地上11 層，帶閣樓，建筑物總體高度38.1m。

該工程的高層住宅抗震設計烈度為8 度，整體建筑安全等級為二級，剪力墻抗震等級確定為二級，同時采取相應的二級抗震結構設計，抗震設防類別為丙類建筑。具體的抗震設計方案如下：

①振型數相關要求

在實際的高層住宅剪力墻結構設計優化過程中，為了確保抗震設計要求，振型的相關質量需要超出總質量的90%。振型數主要由結構形式以及層數進行決定，當建筑整體剛度有較大變化或建筑結構本身擁有較大剛度時，需要取最大振型數。

②連梁剛度的折減

針對該高層住宅剪力墻設計，其結構中連梁屬于一類耗能型建筑構件，在設計優化過程中避免盲目剪切破壞整體的結構延展性。因此，設計人員根據實際的強剪弱彎原則對連梁高度進行專業計算，同時對連梁高度進行一定程度的降低。針對開裂連梁的剛度情況，需要對連梁高度的折減系數進行計算。除此之外，針對高層住宅剪力墻結構系統，其剛度較小，對各個墻肢使用傳統框架梁結構設計優化方法。在對整體的建筑結構信息進行計算后，小幅度下調連梁高度。

③抗震構造的重要設計參數

如下圖1所示，針對高層住宅剪力墻的底部部位，需要對剪力設計值進行有效調整，將剪力提升系數一級取值為1.7，二級取值為1.5，三級取值1.3，其他各層一至三級剪力設計增大系數分別為1.5、1.3、1.2。除此之外，結合高層住宅剪力墻結構設計優化原則，確保整體短肢剪力墻的截面厚度在200mm 以上。同時在對抗震結構進行優化時，保障底部配筋率高于1.2%，其余部分高于1%。

圖1 高層住宅剪力墻抗震結構

④布置結構注意事項

在對該高層住宅剪力墻結構進行抗震優化處理時，需要結合實際的圖紙設計要求，提高剪力墻設計布置的合理性和均勻性。同時對墻體軸向壓力進行嚴格把控，使其在規定范圍內避免出現較大的落差問題。針對豎向設計，需要保障上、下墻肢對齊，使得結構受力連續，同時提高洞口位置的準確性，將連梁后結構抗側力進行提升，幫助整體高層住宅剪力墻抗震設計優化目標的實現。

3.2 合理控制軸壓比

與普通建筑相比，高層住宅對于剪力墻軸壓比的控制具有更高的要求。在具體的優化設計過程中，設計人員需要結合剪力墻的延展性，對剪力墻結構軸壓比進行有效的計算，同時關注高層住宅結構布置的科學性，避免出現局部軸壓比過大的情況。

3.3 科學制定短肢剪力墻數目

為了提高高層住宅的結構設計優化水平，設計人員需要在我國相關高層建筑結構設計標準下進行優化工作。在設計前期，對整體的高層住宅剪力墻數目進行全面的分析，制定科學的規劃。尤其針對剪力墻結構中的短肢剪力墻，需要根據不同高層住宅長度對短肢剪力墻長度進行提前性規劃，減少墻體剛性。將普通剪力墻與短肢剪力墻進行有效的結合，從而全面提升高層住宅的安全性。

3.4 完善短肢剪力墻的布局。

結構優化設計人員需要提升自身的剪力墻空間布局意識，提升自身設計水平，結合不同高層住宅結構特點，提升對于剪力墻結構的理解程度。同時，在剪力墻布局優化設計過程中，避免在單個部位集中使用過多短肢剪力墻，提升剪力墻設計的均勻性。需要注意的是，在剪力墻結構設計優化過程中，需要對整體建筑物中心進行有效的把握，避免發生中心改變情況，從而提升整體的剪力墻抗震性能。

3.5 提高高層住宅剪力墻混凝土施工質量

高層住宅剪力墻施工的過程中，混凝土的接縫技術和切縫技術都是需要重視的施工內容，施工質量對整個的工程具有直接的影響。施工技術人員對接縫技術和切縫上技術的應用情況要引起足夠的重視。技術人員發揮技術指導作用，從施工現場的地形地貌情況出發選擇相應的接縫技術，技術人員對施工人員的操作進行檢查、指導，確保施工技術符合施工要求。

高層住宅剪力墻混凝土施工中，進行混凝土接縫技術和切縫技術應用中，要嚴格按照流程進行，使用切割裝置將質量不合格的混凝土鏟除，使用同一標號的新混凝土進行處理。在應用接縫技術的時候，對地面環境溫度可以控制，避免由于環境溫度因素的影響導致接縫施工的質量和效率降低。所以，在進行混凝土接縫施工和切縫施工之前，要使用溫度測量儀對地面溫度進行測量，當溫度為規定的范圍內才能施工，使得接縫施工和切縫施工質量有所保證，從而提高高層住宅剪力墻結構設計優化效果。

3.6 利用現代化設計優化技術——以BIM 技術為例

隨著現代化進程的不斷發展，BIM 技術在高層住宅剪力墻結構設計優化中的作用越來越明顯。與傳統的二維模型相比，通過BIM 專業的三維數據模型的建立，能夠對高層住宅剪力墻結構設計優化過程中各項數據結果進行更為立體和直觀地展示，從而提高問題發現的效率，為設計人員進行建筑設計圖紙的優化和改進提供直接的幫助，具體如下：

①BIM 技術具有更強的模擬分析能力，在高層住宅剪力墻結構設計優化初期階段，能夠根據設計人員的實際需求，對后續及整體的結構設計效果進行充分展示。同時，將其中可能發生的問題進行模擬，幫助人員進行問題改善和設計優化提供參考，提高對于整體高層住宅剪力墻結構設計的掌控力度。

②應用BIM 技術能夠提高高層住宅剪力墻結構設計優化的整體協調性。傳統的二維模型不能夠將高層住宅剪力墻結構設計過程中的問題進行充分展示，尤其針對一些錯綜復雜的高層住宅剪力墻結構設計，這些結構設計涉及對象和參與方式更加的復雜，利用BIM 技術能夠將建筑結構各方面數據進行充分協調，提高結構設計優化工工程量的準確性和效率性。通過立體多維的結構設計優化模型，使人直觀地感受到高層住宅剪力墻結構設計效果，促進工程順利實施。

3.7 加強高層住宅剪力墻質量檢測

針對高層住宅剪力墻結構的質量檢測，如果檢測人員發現其檢測結果不符合實際的建筑工程規范要求，需要及時將其轉交給建設單位，協助其進行工程施工圖紙的設計和修改，從而對問題及時的進行解決和處理。同時，在問題處理后，設計人員需要進行二次確認，完成高層住宅剪力墻結構驗收。針對高層住宅剪力墻質量問題，設計人員和檢測人員需要進行充分溝通，對問題進行型總結，尋找質量問題出現的根源，并對相關的負責部門進行書面報告。在相關建筑工程質量監督管理機構的復核監督下，幫助我國高層住宅剪力墻結構建設質量的不斷提升。

4 結束語

綜上所述，隨著我國建筑行業的不斷發展，對于高層住宅剪力墻結構設計質量提出了更高的要求。建筑結構作為建筑重要的承載結構，對整體的建筑物產生重要影響。因此，相關工作人員需要提高設計優化工作的重視程度，對建筑物進行不同角度的結構優化設計，比如剪力墻抗震設計、地基設計和混凝土設計等。同時，利用合理的高層住宅剪力墻設計優化檢測方法，確保建筑結構設計的合理性，結合不同的建筑物設計情況，對各個剪力墻結構部位進行嚴格的質量檢測，確保剪力墻結構的設備、材料等符合高層住宅結構設計優化標準，促進我國建筑工程建筑行業結構設計水平不斷提升。