文/陳海鵬 北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100045

1、前言

剪力墻結(jié)構(gòu)以剛度大、整體性好、用鋼量省及便于分割等優(yōu)點(diǎn)，備受設(shè)計(jì)者的青睞。開(kāi)發(fā)商在住宅項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)中，房屋的單位面積用鋼量大小是影響土建造價(jià)的決定性因素，最終直接影響經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)計(jì)人員在保證設(shè)計(jì)成果符合結(jié)構(gòu)安全、規(guī)范的前提下，做到單位面積鋼筋量處于一個(gè)合理水平，不僅是設(shè)計(jì)者的職責(zé)，也是衡量設(shè)計(jì)單位技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力高低的重要標(biāo)志。

2、方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)是一個(gè)工程設(shè)計(jì)開(kāi)始，同時(shí)也是工程造價(jià)的決定性階段。在同一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，不同的戶型會(huì)產(chǎn)生不同的造價(jià)；即使看起來(lái)相似的戶型，不同的方案設(shè)計(jì)，工程造價(jià)也會(huì)產(chǎn)生很大的差別。

2.1 建筑方案平面設(shè)計(jì)

在進(jìn)行方案平面戶型設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)充分考慮建筑的功能、業(yè)主的要求和外形美觀外，同時(shí)將結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)融入到方案設(shè)計(jì)，這是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。方案設(shè)計(jì)師根據(jù)結(jié)構(gòu)概念理解，在方案設(shè)計(jì)中充分考慮結(jié)構(gòu)的合理性，減少一些復(fù)雜的造型、立面設(shè)計(jì)，充分與甲方溝通，做成一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、造型簡(jiǎn)潔、美觀的建筑，這樣就能得到業(yè)主的好評(píng)，也能節(jié)省工程造價(jià)。

在方案設(shè)計(jì)中，不同的平面設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生不用的戶型布置，將涉及到墻的位置、梁布置的位置，會(huì)產(chǎn)生不同工程造價(jià)。方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿足使用功能下，盡量將戶型做的簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)和減小偏心，這樣可以使剪力墻布置合理，使用較少的梁將整個(gè)房間分割幾個(gè)規(guī)則的板塊，減少暗柱的數(shù)量，從而節(jié)省用鋼量，減少造價(jià)。

2.2 建筑方案的豎向設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)中，豎向設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)節(jié)省工程造價(jià)重要因素。規(guī)范中要求豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和收進(jìn)；結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。建筑物的豎向布置規(guī)則性和均勻性，對(duì)結(jié)構(gòu)的指標(biāo)影響極大。若豎向不規(guī)則出現(xiàn)過(guò)大的外挑，出現(xiàn)薄弱層將會(huì)增加某些構(gòu)件的抗震等級(jí)，進(jìn)行內(nèi)力放大，增大用鋼量；過(guò)多的不規(guī)則有時(shí)候還要進(jìn)行超限審查，將會(huì)增加工程的難度和工程造價(jià)。反之，規(guī)則且豎向比較均勻的建筑，用鋼量少，造價(jià)少。

3、剪力墻設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)入施工圖階段，剪力墻選擇、布置方式及布置位置成為節(jié)約用鋼量的重要環(huán)節(jié)。

3.1 剪力墻選擇

一般來(lái)說(shuō)，剪力墻的布置位置和布置形式由建筑的平面形狀和建筑的高度所決定。層數(shù)較少的高層住宅建筑可以采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于層數(shù)較少的住宅建筑若采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，由于各墻肢的實(shí)際軸壓一般會(huì)比計(jì)算值偏小，墻體又多為構(gòu)造配筋，就會(huì)導(dǎo)致墻體的承載力不能充分發(fā)揮出來(lái)。而采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，就可以很好地解決上述問(wèn)題。在7度區(qū)，層數(shù)較少的高層住宅建筑采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu),可以將結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移、周期、水平地震剪力等控制在合理范圍以內(nèi)。合理采用短肢墻可以將部分混凝土墻用磚墻替換，減輕墻體自重，降低結(jié)構(gòu)剛度，因此，其地震反應(yīng)降低了，工程費(fèi)用也隨之降低，另外還加大了結(jié)構(gòu)的延性，提高結(jié)構(gòu)的抗震性。

3.2 剪力墻布置

剪力墻結(jié)構(gòu)中全部水平力和豎向力都是由剪力墻承擔(dān)，根據(jù)規(guī)范要求首先應(yīng)將剪力墻均勻布置在建筑物的周邊、樓梯間、電梯間、平面形狀變化和豎向荷載較大等部位；平面形狀凹凸較大時(shí)，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻。在抗震結(jié)構(gòu)中，還應(yīng)避免單方向有墻的情況，并應(yīng)使兩個(gè)方向的側(cè)向剛度相近，即兩個(gè)方向的自振周期相近。剪力墻布置要形狀簡(jiǎn)單，盡量布置成L型。

剪力墻上面的門(mén)窗、洞口應(yīng)各層對(duì)齊，形成明確的墻肢和連梁，在計(jì)算過(guò)程中使模型簡(jiǎn)單、明確，計(jì)算簡(jiǎn)單和傳力明確。在抗震設(shè)計(jì)中，如剪力墻出現(xiàn)上下不對(duì)齊洞口的剪力墻，形成錯(cuò)位剪力墻，不僅使墻肢不規(guī)則，傳力方式不明確，而且在洞口錯(cuò)層部位會(huì)形成薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)抗震尤為不利。

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑主要受力構(gòu)件剪力墻應(yīng)沿建筑通高布置，不宜出現(xiàn)較大的剛度突變?？刂萍袅ζ矫嫱獾膹澗?，在剪力墻平外面搭設(shè)梁時(shí)，應(yīng)采取增設(shè)沿軸線方向的平面外墻肢或者扶壁柱，減小平面外產(chǎn)生的彎矩對(duì)墻肢不利影響。對(duì)于受力較小的梁可以采取鉸接的方式釋放掉彎矩，減小影響。

在高層剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻的鋼筋量的大小與暗柱的比例成正比，暗柱的數(shù)量、暗柱的形狀就成為節(jié)省造價(jià)的關(guān)鍵因素。在剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到暗柱的布置形式，盡量使暗柱規(guī)則、上下對(duì)齊。

4、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

在完成方案設(shè)計(jì)和剪力墻設(shè)計(jì)后，主要用鋼量已經(jīng)定下來(lái)，在后續(xù)的計(jì)算過(guò)程中，節(jié)約的數(shù)量不會(huì)太大，但通過(guò)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)也可以節(jié)約一些。

4.1 模型的精度控制

模型的精度控制只要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是荷載的取值，這個(gè)要求我們?cè)O(shè)計(jì)人員在前期模型根據(jù)建筑條件的不同情況選取不同的荷載值，例如我們?cè)谳斎肓洪g荷載時(shí)，應(yīng)根據(jù)窗洞的大小輸入不同的荷載數(shù)值。在一個(gè)就是模型計(jì)算結(jié)果的精度控制，根據(jù)上面結(jié)構(gòu)的布置合理的布置層間位移角、位移比及軸壓比等參數(shù)，使他們?cè)跐M足規(guī)范的前提下，控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，如我們?cè)谧龈邔蛹袅ψ≌瑫r(shí)控制層間位移角在滿足規(guī)范1/1000的前提下，調(diào)整上部剪力墻的布置形式和墻肢長(zhǎng)短調(diào)整層間位移角在1/1100左右。

4.2 鋼筋的歸并

在計(jì)算模型調(diào)整完成之后，在施工圖繪制時(shí)，歸并鋼筋成為節(jié)約用鋼量的下一個(gè)因素。鋼筋歸并主要體現(xiàn)在豎向，在進(jìn)行梁柱歸并時(shí)，應(yīng)該根據(jù)豎向的梁、柱的配筋差距大小，合理的分層進(jìn)行配筋；在畫(huà)施工圖過(guò)程中，合理控制實(shí)際配筋和計(jì)算配筋值的大小，使配筋結(jié)果更合理、更經(jīng)濟(jì)。

4.3 規(guī)范中構(gòu)造鋼筋的配置

高層剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造配筋，根據(jù)規(guī)范的要求合理的使用最小值。如板的配筋，我們一般根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范8.5節(jié)受彎構(gòu)件0.2%的最小配筋率進(jìn)行配筋，但有時(shí)候?yàn)榱斯?jié)省鋼筋，我們也可以按著注示里面的第二條進(jìn)行配筋[2]。

板混凝土標(biāo)號(hào)取C25，鋼筋等級(jí)為三級(jí)，板厚為100mm的板底構(gòu)造鋼筋最小配筋率：，則取，可以采用6/8@200滿足規(guī)范要求。

板混凝土標(biāo)號(hào)取C30，鋼筋等級(jí)為三級(jí)，板厚為100mm的板底構(gòu)造鋼筋最小配筋率：，配筋為6/8@200滿足規(guī)范要求，比用8@200節(jié)約了22%。，則取

5、設(shè)計(jì)實(shí)例

河北某11層剪力墻結(jié)構(gòu)，板的混凝土等級(jí)為C30，墻混土等級(jí)C30，墻抗震等級(jí)為三級(jí)，建筑面積為6666.94平方米。因方案設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，不能進(jìn)行優(yōu)化；經(jīng)上述方式對(duì)墻和板配筋優(yōu)化后為表5-1，節(jié)省3.2 kg/m2，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，節(jié)約工程造價(jià)。

表5-1 優(yōu)化前工程鋼筋量

結(jié)論：

在設(shè)計(jì)高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)中，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，將建筑外觀簡(jiǎn)潔、美觀等優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)的前提下，做到最大降低工程造價(jià)，是每個(gè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視的前提。本文從方案布置中水平設(shè)計(jì)和豎向設(shè)計(jì)、剪力墻選擇、剪力墻設(shè)計(jì)及細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)等三個(gè)方面對(duì)如何進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)省用鋼量做出分析，希望能得到同行中的其他設(shè)計(jì)人員指點(diǎn)和借鑒。