某小高层剪力墙结构住宅优化设计体会

　　[摘要]：本文结合工程实例对低烈度区小高层剪力墙结构设计进行优化和改进，提高设计产品的性价比、降低结构成本，对剪力墙结构住宅设计提出优化建议，供设计人员参考。

　　[关键词]：小高层、剪力墙结构、优化设计

　　1前言

　　剪力墙结构高屋住宅具有刚度大、整体性好，体型简洁、用钢量少等优点，目前已成为高层住宅采用的主要结构形式。但是，由于剪力墙平面布置的局限性使得建筑内部平面布置不灵活，且结构整体自重较大。因此，在高层剪力墙结构设计中，既要满足建筑使用功能和相关规范要求，又要控制含钢量，优化设计就成了一个必不可少的手段，尤其是低烈度区的小高层剪力墙结构，可优化空间很大。

　　2、工程结构概况

　　本工程位于重庆市江北区，设防烈度为6度，II类场地，基本风压为0.4KN/m2，该小区由七栋住宅和一个地下车库组成，住宅楼为地下2层地上11层~13层剪力墙结构，抗震设防类别为丙类，剪力墙抗震等级为四级，墙体厚度均为200mm，各栋住宅标准层基本一致，单层建筑面积约为890m2，选择其中一栋13层进行结构优化设计。

　　3、结构平面布置的优化。

　　建筑方案确定后，结构的选型和布置至关重要，任何建筑体型都可能有最规则的和最经济的结构布置方案，尤其针对小高层剪力墙结构，墙肢布置应多方位比较和推敲。较一般高层而言，小高层剪力墙墙肢不宜过长，且尽量控制短肢剪力墙数量。本工程分别列举了两种结构布置方案，如下图1和图2所示。

　　图1剪力墙布置方案一图2剪力墙布置方案二

　　以上两种结构平面布置中方案二是在方案一基础上优化后，其主要表现在如下几个方面：①小高层结构底层墙肢轴压比较小，在满足计算需要的情况下尽量减少墙肢数量，减小墙肢长度，一般墙肢长控制在8倍墙厚为宜，同时应避免形成短肢墙力墙，而增大墙身构造配筋率。②因整体结构刚度较大，筒体部分可适当弱化，将部分连续长墙分为若干墙肢，既可减少墙肢数量，又可避免扭转影响。③墙肢布置时，避免出现十字形墙，尽量将Z形、［形或T形墙调整为L形墙，这样可有效减小边缘构件截面和相应配筋量。图3分别为矩形、L形、T形及十字形构造边缘构件配配方式，从经济角度前者明显优于后者。另一方面，严格控制墙肢短方向长度，节省不必要的构造配筋，本工程墙肢短边一般控制在600~800mm之间。④结构平面布置中，对于小跨度板上隔墙下次梁可以取消，在不影响建筑功能的情况下，可将部分隔墙墙厚改为100mm，以减小结构荷载，增大使用空间。

　　4、结构计算结果分析对比。

　　对二种布置方案采用PKPM结构系列软件进行计算，对输出结果分析整理如下表1所示：

　　表1两种方案计算结果对比

　　计算结果结构总质量(t)自振周期周期比最大层间

　　位移角最大位移比最小剪重比最大轴压比

　　方案一15330T1=1.1206

　　T2=0.9802

　　T3=0.95530.8521/39201.241.27%(X向)

　　1.40%(Y向)0.52

　　方案二14950T1=1.3729

　　T2=1.3230

　　T3=1.12410.8181/27301.291.00%(X向)

　　1.13%(Y向)0.59

　　根据计算结果分析，采用方案一时原结构总质量、侧向刚度及剪重比偏大，层间位移角及墙肢轴压比偏小，均存在可优化空间，采用方案二优化后结构位移比、位移角及墙肢轴压比均有所提高，剪重比相应减小，但都在规范限值范围内，墙肢刚度及承载力得到充分发挥。根据以上分析比较，两种方案计算结果从技术角度均合理，但从经济角度，方案二明显要优于方案一。

　　5、其它优化措施

　　（1）边缘构件计算配筋结果的合理性判断。因剪力墙墙肢布置及截面大小受建筑限制，其部分边缘构件计算配筋PKPM输出结果可能偏大，不可盲目地按此结果进行配筋设计，可先采用剪力墙组合配筋方式对该边缘构件计算复核，计算结果会大大减小。

　　（2）适当减少配筋归并，细化设计。本工程楼层梁配筋标准层由原来三个增加到五个，同一标准层计算配筋不应相差太大，以免增加钢材用量。同时，减少竖向边缘构件归并数量，严格按实际计算需要配筋，不盲目地放大或减小。此外，本工程剪力墙无约束边缘构件，构造边缘构件一般按规范最低要求设置竖向筋和箍筋。

　　（3）控制梁板截面及配筋。本工程除筒体周边范围及客厅大跨度板以外，所有楼面板板厚为100mm。屋面板厚为120mm，屋面板配筋采用分离式配筋附加温度钢筋网片形式。因楼层梁大部分为构造配筋，除外立面有特殊要求外，所有楼层梁均控制梁截面大小，次梁最小尺寸120X300，主梁最小尺寸200X400，对连梁超筋时可采用降低梁高或内力调幅方式解决，梁负筋尽量采用小直径钢筋。对于跨度较大的悬臂梁，上部计算配筋较大，而其弯矩内力都是急剧下降的，因此，可将角筋伸至梁端，其余钢筋尤其二排钢筋均可在中部截断，既节省钢筋又方便施工。

　　（4）建筑与结构材料的合理选择。本工程结构剪力墙混凝土等级3层以下为C40，其余各层为C30，梁、板及楼梯构件混凝土等级为C25。结构构件除构造配筋外均采用高强度受力钢筋，以减少计算配筋量。填充墙采用容重小于8KN/m3页岩空心砖砌体，下沉式卫生间采用陶粒混凝土轻质材料回填，以减轻结构荷载，减小地震作用，

　　6、结论

　　笔者从结构布置及配筋构造等方面对该工程进行优化处理，经初步计算其最终含钢量约为42kg/m2左右，或许还有优化的潜力，这还需在今后的工程实践中不断分析和总结。总之，对于低烈度区剪力墙结构小高层建筑，因其地震作用力较小结构刚度较大，在结构设计中可优化空间极大，结构设计师应有精益求精的责任感和成本控制意识，对结构方案进行多方位分析对比，从整体结构布置到细部构造措施上寻找技术和经济的平衡点，最终才能创造出符合市场需求的优秀作品。转《建筑知识》

　　参考文献

　　[1]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.中国建筑工业出版社，2010年

　　[2]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）.中国建筑工业出版社，2010年

　　[3]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）.中国建筑工业出版社，2010年

　　[4]高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].机械工业出版社，2004年．

　　[5]多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].中国建筑工业出版社，2008年．