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《四川建材雜志》2014年第四期

1優化高層剪力墻結構的基本原則

1.1合并水平分布鋼筋和短肢墻中的箍筋由于短肢剪力墻的截面高度比較低，對邊緣進行約束的構件會占據比較大的范圍。當剪力墻兩端約束邊緣構件長度范圍以內設置好拉筋和箍筋后，如果再對水平分布的鋼筋進行設置，就會導致箍筋和水平鋼筋重疊的情況，造成了不必要的浪費。所以，對于截面高度比較小的短肢剪力墻來說，最好順著墻肢截面的全高設置一定數量的拉筋和箍筋。使得水平分布的鋼筋和兩端分布的邊緣構件箍筋合并。

1.2對墻肢長度的差異性進行控制在對剪力墻結構的布置方案進行調整時，要盡可能保證墻肢長度的一致性，避免過長或過短剪力墻，從而使地震作用被剪力墻進行平均分配。不僅可以防止部分墻肢超筋的情況出現，還可以根據剪力墻構造的要求，將配筋的剪力墻作用充分發揮出來，對側向荷載進行抵御，將整體結構中鋼筋的作用完全發揮出來。

1.3對剪力墻的開洞進行科學的處理在高層住宅的剪力墻結構中，除了需要設置門窗洞外，還需要根據實際的方案和結構對結構洞進行調整。站在結構受力合理性的角度來看，要對結構洞進行合理的設置，盡可能降低墻肢長度之間的差異性，保證各片剪力墻可以均勻分配地震作用，并注意控制各墻肢軸壓比，使各墻肢軸壓比在豎向荷載作用下盡量靠近相應結構抗震等級軸壓比限值，如此可避免通過連梁或框架梁來調整各墻肢端軸向變形差，使梁配筋量增大，甚至配筋困難［3］。站在優化設計的角度來說，為了將剪力墻的作用充分發揮出來，要盡量降低結構洞的數量，盡可能設置成長墻。

2工程剪力墻結構設計的優化

2.1布置結構的具體方案由于此高層建筑從上到下平面布置基本相同，沒有比較明顯的內收外挑情況。豎向剛度的變化主要為混凝土的強度等級和構件截面的大小，站在施工便利性的角度來看，不宜進行多次改變，站在結構受力的角度來看，如果每次改變變化過大，很容易出現剛度突變的情況［4］。為了避免同層同時改變，出現突變的情況，全面考慮后，按照樓層將混凝土強度降低和減少構件截面大小分層錯開，并制定了三個結構布置方案，選出最優的結構方案。結構方案一:根據建筑功能的基本要求，按照建筑方案的洞口對剪力墻模型進行布置，考慮到剪力墻整體抗側剛度大，在部分剪力墻設置了洞口。結構方案二:在方案一的基礎上，在比較長的墻肢上設置結構洞，并使用L型截面或T型截面取代一字型截面。結構方案三:根據初期設計的圖紙，對剪力墻進行布置，經過計算證明，Y方向出現了比較大的位移，最大層間位移角值為1/809，所以，對Y方向的剪力墻數量進行了適當的增加。另外，將Y方向和X方向剪力墻的剛度控制在相同的范圍中，并將1～3層的剪力墻墻肢厚度調整為250mm，結構布置更加的對稱、均勻、合理。具體的方案布置圖如圖1所示。

2.2設計結構的對比分析本工程使用PKPM系列軟件的SATWE模塊計算和分析了三種結構設計方案，得出了樓層具體的位移比、剪重比、地震剪力、剛度比、樓層抗側移剛度、剛重比、周期比、軸壓比、層間受剪承載力比等，本文主要對樓層的位移比、抗側移剛度、地震剪力、剪重比和周期比進行介紹。

2.2.1樓層的位移比經過分析證明，三個方案樓層層間位移都在1/1000以下，都達到了《高規》的相關要求。在方案一中，由于剪力墻的剛度大、數量多，所有X、Y方向出現層間位移角都不大，最高的層間位移角分別為1/1273和1/1283。在方案二中，X，Y方向層間位移角的最高值分別為1/1036和1/1026。剛度達到了規范規定的基本要求，且X方向和Y方向比較接近。方案三樓層間的位移比最高值分別為1/1074和1/1007，在規范規定的限值內，和其他的方案相比，此方案整體的混凝土強度等級低于其他方案一個等級，具有良好的經濟性［5］。而且這三個方案在X方向和Y方向上的位移比都在1.2以下，在規定的范圍以內，證明這三種方案平面抗扭剛度較好，有著良好的規則性。

2.2.2樓層抗側移剛度比經分析證明，方案一中的剪力墻是根據建筑具體的使用要求進行布置的，有比較大的剛度，而方案二由于在墻肢比較長的剪力墻上開了一些洞口，導致剪力墻的剛度降低。方案三由于對X方向的剛度進行了調整，剛度要略低于方案二，而在Y方向，剛度沒有明顯的差異性。在剪重比和層間位移角限制等指標都符合規定要求的情況下，選擇方案二或者方案三會更好。

2.2.3剪重比和地震反應力X、Y方向的地震反應力如圖2所示。因為方案一有比較大的剛度，因此地震作用剪力相對來說也比較大，而方案二和方案三由于剛度降低，地震作用剪力相對來說也比較低，因此方案三更好。而且由于方案一的剛度高，導致周期小，且具有一定扭轉效應，在這三個方案中，周期比為0.71～0.81都不高，但是相比之下方案三最低。綜上所述，墻肢的數量和長度對結構的抗側剛度影響比較大，通過在墻肢上合理開設洞口，可以有效地降低結構剛度的影響。通過對周期比、層間位移角、結構剛度等方面的因素。最終決定方案三為最優的優化方案，方案二為備選方案。

3結語

通過對高層建筑的剪力墻結構優化設計的基本原則進行探討，在設計優化的基礎上，制定了三種優化結構方案，并使用SATWE設計模塊計算并分析了這三種結構方案，得出了具體的位移比、地震剪力、剪重比、剛度比等數值。由于方案三在材料的使用量、抗震受力性能等方面均有明顯的優勢，本工程選擇方案三對結構進行優化。此工程在建設后，經濟效果良好，在保證質量的基礎上，有效地節省了投資，值得同類工程借鑒參考。

作者：張東海單位：淮北市水利建筑勘測設計院有限公司