探討高層住宅結構剪力墻優化設計改進方案

池雪雷

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司 河北 石家莊 050000）

0 引言

高層住宅憑借其占地面積小、容量大、土地使用率高等優點，越來越受到政府的鼓勵和開發商的青睞，高樓大廈已經成為高度城鎮化的代名詞。目前，使用鋼筋和混凝土制作的剪力墻結構是主要的高層住宅設計形式，其具有穩定性強、應用范圍廣等優點，然而，隨著房地產市場的高速發展，越來越多的開發商對高層住宅的經濟成本提出了要求，這就使得設計師必須采取良好的措施減少鋼筋混凝土用量的同時保證建筑的承重能力和穩定性。因此，優化高層住宅剪力墻設計方案、尋找合適的力學結構是當今高層住宅設計的重中之重。

1 高層住宅結構剪力墻設計基本原則

1.1 保證合理的經濟成本

實際工程設計過程中，必須采取合理的結構，減少不必要的成本浪費。例如剪力墻設計應盡可能處于水平或垂直平面，減少突起、拐彎等情況，建筑平面的長度和寬度也應在合理的范圍內，降低施工困難度，從而降低施工成本。不規則、不規范的剪力墻設計不僅會增加施工成本，也會帶來質量檢測成本的提高，建筑后續的優化和修繕措施成本也會顯著增多。因此，控制經濟成本是結構剪力墻設計的原則之一，標準化規范化設計是保證合理經濟成本的關鍵。

1.2 抗風抗震動能力達標

對高層住宅最基本的要求是其安全性，即需要保證在大風、地震等情況下住宅的穩定性達到標準化要求，只有抗風、抗震動能力達標才能保證居住人員的生命安全。首先需要保證剪力墻的抗側移能力，通常用施加的水平壓力與造成的水平位移之比來衡量，抗側移能力越強，結構穩定性越強；其次需要保證剪力墻的抗扭轉效應能力，扭轉效應是指由于平面分布不規則導致的樓層最大層間位移大于樓體兩端的層間水位移，如果剪力墻結構抗扭轉效應能力弱會導致地震來臨時樓體出現明顯扭轉，造成巨大的安全隱患。

1.3 保證合理的設計基本布局

合理的布局便于施工，并且是保證建筑結構穩定的關鍵。主要有以下3 個基本標準：首先，保證剪力墻的走向與高層建筑軸線平行或垂直，并且需要保證墻體四周抗側移能力相近，保證建筑結構的抗地震能力；其次，應保證剪力墻在垂直方向的分布均勻，隨著樓層的升高需要調整剪力墻的分布位置及其厚度，避免出現承重能力突變造成樓體坍塌；最后，應綜合利用各種形式的剪力墻結構，保證一般剪力墻與短肢剪力墻交叉使用，形成高抵抗外界影響的穩定體系。

2 高層住宅結構剪力墻優化設計可能遇到的困難和挑戰

2.1 后期優化難度高

許多高層住宅初始設計不合理，例如剪力墻橫向分布不對稱、縱向分布錯位等，導致建筑穩定性差、施工困難等問題，導致后期優化難度較高。

2.2 設計周期短

快節奏的社會環境影響了生活的方方面面，在建筑設計行業中，越來越短的設計周期需要設計師具備一定的工作經驗，更加考驗設計師的創造力、耐心和體力，是當前高層住宅剪力墻設計優化改進所面臨的挑戰。

3 高層住宅結構剪力墻優化設計改進方案

3.1 優化剪力墻平面分布

合理的剪力墻平面分布可以提高建筑的穩定性，在抗風、抗震等方面有很大的意義。剪力墻的平面分布設計可以優化：

（1） 保持剪力墻表面平整，平整的剪力墻可以保證受力均勻，減少壓力突然變化引起的建筑物不穩定；

（2） 減少剪力墻平面外彎矩，可以通過添加輔助墻肢、扶壁柱等結構來緩解外彎矩帶來的負面影響；

（3） 保證剪力墻對稱分布于高層建筑中心軸的兩側，提高建筑的抗側力、降低建筑的扭矩，提高抗震能力；

（4） 對于不同的層數設計不同的剪力墻剛度，提高建筑物的承載力。

3.2 保證剪力墻的延展度

在高層建筑中，容易遇到需要配備較高剪力墻的情況，如果剪力墻延展度不高、彎曲性能差會導致建筑不穩定，因此，可以采用易于延展的具有一定彎曲性的剪力墻來提高建筑的穩定性和機械強度。

3.3 盡量使用長度合理的剪力墻

實際應用中，盡量減少短肢墻的使用不僅可以降低施工難度，而且可以充分利用剪力墻的抗側移能力，并且，減少短肢墻的使用可以降低需要的鋼筋數量、節約成本。

3.4 合理設計剪力墻剛度分布

剪力墻的剛度分布對于高層建筑的抗扭轉性和抗側力十分重要，因此，應該盡量保證建筑四周剪力墻剛度高、建筑中間剪力墻剛度低。并且，應該增加建筑周圍的剪力墻數量、降低電梯間區域剪力墻數量，以提高結構的整體剛度、抗側翻能力、位移比等關鍵參數。

3.5 采用合理的剪力墻形狀

形狀復雜的剪力墻會造成受力分析復雜、施工困難等問題，實際設計中應盡量減少使用，同時，一字型剪力墻抗震能力低，平面外穩定性容易被破壞，因此，應該采用合理的剪力墻形狀，盡量使用L 型或T 型剪力墻保證墻體良好的穩定性、充分發揮鋼筋的承重能力。

3.6 優化剪力墻搭配鋼筋比例

鋼筋是剪力墻結構的核心成分之一，也是剪力墻承重的主要材料，在進行高層住宅結構剪力墻優化時，應該重點考慮對鋼筋配比的優化。

3.7 采用高強度材料

鋼筋混凝土是當今剪力墻結構的主要組成材料，但是其具有重量大、成本高等特點，在保證結構安全的前提下，可以增加對高強度鋼筋混凝土的使用，以減少單位承重力需要的材料數量、減小結構尺寸，此外，在隔墻等結構上適當采用輕質墻板等材料可以進一步減小樓體重量，是降低成本的有效措施。

4 結語

城市化進程的加快和人民生活水平的提高推動著建筑設計行業的進步和發展，高層住宅的出現有效解決了土地資源緊張、城市人口密集等問題，但隨之而來的是對保障高層建筑穩定性和安全性的需求，因此，探討高層住宅結構剪力墻優化設計改進方案是十分有必要的。在剪力墻結構設計中，必須保證合理的經濟成本和達標的抗風、抗震能力等基本原則，可以從優化剪力墻平面分布、保證剪力墻延展度、盡量采用長度、厚度、剛度合理的剪力墻分布等方面進行優化。然而，目前高層住宅剪力墻結構優化還面臨著優化難度高、設計周期短等問題，為建筑設計師帶來了一定的挑戰。