關鍵詞：剪力墻結構 優(yōu)化設計 墻體布置 限額設計 

　　1 前言 

　　鋼筋混凝土現(xiàn)澆剪力墻結構以其抗震性能好、墻體布置靈活、開間內(nèi)無梁等優(yōu)點，是多高層住宅最普遍采用的結構形式。我國城鎮(zhèn)化建設過程中，對住宅需求量大，研究并推廣剪力墻結構的優(yōu)化設計可節(jié)約大量建設成本�，F(xiàn)在很多開發(fā)商為了控制結構經(jīng)濟指標，盡量排除導致離散型的自然因素和建筑方案因素，對建筑分類采取限額設計的方式。如表1即為國內(nèi)某大型房地產(chǎn)開發(fā)商對8度抗震設防區(qū)剪力墻結構住宅鋼筋的限額設計指標。通過順義新城0701-013地塊住宅項目在結構方案確定及審圖過程中發(fā)現(xiàn)的問題，結合多年學習、研究、積累，總結出幾點關于剪力墻結構住宅優(yōu)化設計的經(jīng)驗，供廣大結構設計人員參考。 

　　2 項目概況 

　　順義新城0701-013地塊住宅項目為三棟各自獨立的住宅樓1#、2#、3#樓，地下一層，地上分別為11層、10層、15層，層高均為2.8米�？拐鹪O防烈度8度，設計基本地震加速度0.2g，設計基本地震分組第一組，建筑抗震設防類別為丙類。建設方要求地上部分按鋼筋45kg/m2進行限額設計。 

　　3 墻體布置的優(yōu)化 

　　住宅建筑方案拿到結構工程師手中時，墻體未區(qū)分承重墻和填充墻，如何布置承重剪力墻是結構工程師面臨的第一個課題。筆者通過大量工程設計實踐發(fā)現(xiàn)，一般多高層住宅剪力墻配筋絕大部分均由抗震構造配筋控制。所以，使剪力墻的布置能規(guī)避規(guī)范的較大構造配筋要求成為優(yōu)化的一個關鍵點。通過熟練掌握《抗震設計規(guī)范GB50011-2010》《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010》中關于剪力墻結構的有關規(guī)定，我們找到那些使墻體構造配筋增大的相關要求，然后再看看能不能找到路徑合理合規(guī)的避開這些要求。 

　　3.1 盡量避免框支剪力墻 

　　《抗震設計規(guī)范GB50011-2010》第6.4.3條規(guī)定：“一、二、三級抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋的最小配筋率均不應小于0.25%”“部分框支抗震墻結構的落地抗震墻底部加強部位，豎向和橫向分布鋼筋配筋率均不應小于0.3%”，對于200厚墻體來說，若滿足0.25%的配筋率，豎向和橫向配筋φ8@200即可，若滿足0.30%的配筋率，需配置φ8@150或φ10@200，配筋量增大了33%或56%，另外，根據(jù)《抗震設計規(guī)范GB50011-2010》表6.1.2之規(guī)定，部分框支抗震墻結構底部加強部位抗震等級均普遍比未設框支的抗震墻結構提高一級，框支抗震墻力的調(diào)整增加可能使計算配筋超過構造配筋成為配筋控制因素。還有框支梁的配筋及板鋼筋等一系列構造要求均會使結構造價大量增加，在高設防烈度地區(qū)尤其如此。 

　　順義新城0701-013地塊住宅項目1#、2#、3#樓地下室分別為自行車庫、儲藏間、設備用房，與地上住宅房間分割肯定會有差異。剪力墻布置時與建筑、設備專業(yè)協(xié)調(diào)配合，使剪力墻體全部能落地，最終三棟樓均未出現(xiàn)梁托墻的框支結構，為進一步優(yōu)化設計打下良好基礎。 

　　3.2 減少約束邊緣構件數(shù)量 

　　住宅剪力墻墻體分布筋通常按構造配置很小直徑（一般直徑不超過φ10）即可滿足要求，而剪力墻兩端的邊緣構件的縱筋和箍筋按構造或計算要求均需配置較大直徑或較密間距才能滿足要求，所以剪力墻邊緣構件配筋量占比剪力墻所有鋼筋顯得很突出，如何能減小邊緣構件的配筋量呢？ 

　　按規(guī)范規(guī)定，約束邊緣構件的配筋范圍和配筋率要求都比構造邊緣構件高出不少，例如三級抗震等級時，約束邊緣構件豎向配筋率1.0%，并不少于6φ14，構造邊緣構件底部加強部位豎向鋼筋最小量為0.6%，并不少于6φ12。構造邊緣構件配筋比約束邊緣構件配筋減少40%以上�！陡邔咏ㄖ�混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010》第7.2.14條規(guī)定“一、二、三級剪力墻底層墻肢底截面的軸壓比大于表7.2.14的規(guī)定值時，應在底部加強部位及相鄰的上一層設置約束邊緣構件”。反之，如果剪力墻底層墻肢底截面的軸壓比小于表7.2.14的規(guī)定值，則在底部加強區(qū)的墻體可不設約束邊緣構件，而代之以配筋更少的構造邊緣構件。 

　　如何使墻肢軸壓比小于表7.2.14的規(guī)定值的規(guī)定值呢？由軸壓比計算公式μN=N/fcA，可知三種減小軸壓比的方式：⑴計算采用荷載不要盲目加大；⑵剪力墻采用的混凝土強度等級可適當加大；⑶增加墻體截面面積�；炷�土價格會隨其強度等級的增加而增加，但增加的幅度并不大，所以提高混凝土強度等級，使墻體軸壓比降至規(guī)定范圍之內(nèi)，是降低墻體邊緣構件配筋的重要手段。增加墻體截面面積主要是指增加墻體長度。增加墻體厚度會占用有效使用面積，一般不采用。增加墻體長度后，墻體增加的分布鋼筋與梁減少的鋼筋和減少的填充墻砌筑基本可以互抵，而約束邊緣構件則可由構造邊緣構件取代，邊緣構件縱筋也可由計算值控制降為構造控制，此方式仍可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。 

　　1#、2#、3#樓底部加強區(qū)為首、二層，約束邊緣構件按規(guī)范要求上下各沿一層。若不研究控制軸壓比，則地下室至三層需配置大量約束邊緣構件，使本項目鋼筋量增加。針對此問題采取以下措施：荷載按實際情況（項目之初根據(jù)實際情況制定荷載技術措施）取值，不得隨意增加；在底部加強部位混凝土強度等級加至C35；將軸壓比較大的剪力墻墻肢加長，使軸壓比小于0.3。在結構調(diào)模型計算過程中，隨時關注軸壓比變化，使之小于設約束邊緣構件限值要求。最終本項目加強區(qū)除極個別窗間墻處需設約束邊緣構件外，大部分墻肢僅設構造邊緣構件即可滿足要求。 

　　3.3減少邊緣構件面積占比 

　　如前文所述，減少墻體邊緣構件配筋是優(yōu)化墻體配筋的關鍵，除了上述使約束邊緣構件變?yōu)闃嬙爝吘墭嫾�的方法，還可以從另一方面入手，即想辦法減少邊緣構件的面積。 　　《抗震設計規(guī)范GB50011-2010》圖6.4.5-1和圖6.4.5-2條分別給出約束邊緣構件和構造邊緣構件的配筋范圍，各四種情況。但這四種情況乃最基本、應用最多的四種情況，實際工程由于建筑方案的多樣性，特別是建筑立面的凹凸，邊緣構件的形狀遠非這四種最基本情況能涵蓋。如圖1所示墻體邊緣構件在工程中就很常見。很明顯，這種墻體被邊緣構件占去很大面積，而邊緣構件又不得不按規(guī)范配置大量構造鋼筋，實際按計算地震時又不需要那么多鋼筋。若想盡量避免這種情況，首先在建筑方案階段結構工程師最好能介入提出優(yōu)化的意見，避免過多凹凸的立面造型及開間交錯復雜的平面設計。 

　　多、高層住宅通常均需設置電梯，由于安裝要求及為了減少電梯運行噪音對住戶的影響，電梯井四周墻體均應采用鋼筋混凝土剪力墻。但當電梯井并排放置時，電梯井間的分隔墻兩側均無板，其承擔的荷載僅為自重，設置此墻對增加結構安全性并無太大意義，而且因為墻肢短，邊緣構件占比較大，因此，結構設計時電梯井之間的分隔墻可不設置。兩電梯間可設置一定數(shù)量的后澆圈梁或型鋼滿足電梯導軌安裝需要。 

　　3.4 盡量避免短肢剪力墻 

　　《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010》第7.1.8條給出了短肢剪力墻的定義“短肢剪力墻是指截面厚度不大于300、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻”�！陡邔咏ㄖ�混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010》第7.2.2條規(guī)定：“短肢剪力墻的全部豎向鋼筋的配筋率，底部加強部位一、二級不宜小于1.2%，三、四級不宜小于1.0%；其他部位一、二級不宜小于1.0%，三、四級不宜小于0.8%”，此配筋率遠大于普通長肢剪力墻分布筋0.25%（高規(guī)第7.2.17條）的規(guī)定，以上規(guī)定對比第7.2.15條、第7.2.16條對邊緣構件縱筋規(guī)定可以發(fā)現(xiàn)，短肢剪力墻整個墻肢的縱筋配筋率甚至不小于普通墻肢對邊緣構件縱筋配筋率的要求。綜合考慮墻肢全長范圍內(nèi)的分布筋與邊緣構件配筋總量，短肢剪力墻配筋率比普通剪力墻配筋率大40%以上。因此，在布置剪力墻時應盡量避免形成短肢剪力墻，墻肢有條件加長時應至少加長至多于短肢剪力墻50mm，沒有條件加長時可以考慮不設此段墻肢，采用梁連接。 

　　4 混凝土強度等級的選擇 

　　為控制剪力墻軸壓比，高層建筑底部采用較高強度等級混凝土，向上強度等級逐漸降低，頂部一般強度等級降至C30。剪力墻混凝土強度等級宜控制不超過C40，因為高強度混凝土不易養(yǎng)護。一般情況下，不要因為位移不夠采用超過C40的墻體混凝土，更不要因為連梁不夠而采用超過C40的混凝土，C60混凝土的彈性模量只比C40提高10%左右，對減小整體位移的貢獻有限。 

　　樓板和梁采用同一強度等級混凝土，地下室梁板因耐久性要求應采用C30混凝土，地上各層梁板采用C30或C25混凝土。住宅建筑一般板塊較小，樓板多為構造配筋，采用更高強度等級混凝土不但容易開裂，且會增加樓板的最小配筋率，造成浪費。 

　　地下室外墻一般長度較大且對混凝土強度的要求不高，一般采用C30混凝土即可，采用高等級混凝土因養(yǎng)護不到位更容易開裂。 

　　5 墻厚、墻體鋼筋的優(yōu)化 

　　剪力墻結構住宅因為本身結構體系的特點，剛度一般均能滿足規(guī)范的要求，甚至通常在低烈度區(qū)，反應整體剛度的樓層位移角可遠小于規(guī)范限值要求。在這種情況下，墻體厚度不應取太厚，一般滿足規(guī)范最小值要求即可，如在抗震設防烈度8度區(qū)，底部加強部位墻厚200mm，底部加強部位以上160mm，一般均可滿足要求。 

　　墻體厚度取的過厚不但浪費了材料、占用了寶貴的有效使用面積，而且可能使建筑變得更不安全了。這是因為過厚的墻體導致建筑剛度變的更大、建筑自重變的更大，從而吸收更多的地震力影響結構安全；另外，增加的自重也會提高基礎的造價，甚或使基礎方案由便宜的天然地基變成費用更高的復合地基或樁基礎。 

　　剪力墻墻體鋼筋均應采用強度等級HRB400及以上高強度鋼筋以降低用鋼量。從現(xiàn)澆剪力墻結構在歷次震害中表現(xiàn)來看，并未見由墻體少筋而產(chǎn)生的破壞報告，墻體鋼筋均不需要增配來提高建筑的安全度，墻體暗柱鋼筋和分布鋼筋只要滿足計算及構造最低要求即可。相反，墻體暗柱過多的配筋可能會給混凝土的澆筑帶來困難，影響澆筑質(zhì)量；梁鋼筋與大量暗柱鋼筋相互沖突，增加施工難度進而影響施工質(zhì)量。 

　　在進行結構計算時，有時會出現(xiàn)暗柱超筋現(xiàn)象，此時采用增加墻體豎向配筋率的方式可能會消除超筋。但墻體豎向分布筋離截面中和軸較近（相對邊緣構件縱筋），對緩解墻體抗彎超筋效率較低，即增加了整面墻的豎向配筋率但效果有限，所以盡量采用調(diào)整墻體布置的方法而不是采用這種方法消除超筋。 

　　6 梁鋼筋的優(yōu)化 

　　本項目在審圖工程中發(fā)現(xiàn)了一些不優(yōu)化、不合理的梁配筋情況，如圖三所示情況為1#樓中梁配筋一典型案例。 

　　KL15為一兩跨梁，兩端支座為梁，中間支座為墻。兩端支座為鉸接，中間支座為剪力墻，但梁在剪力墻平面外，此梁應判定為一連續(xù)的次梁，而非框架梁。次梁箍筋可采用直徑可采用更小的φ6，且無需配置加密區(qū)。次梁縱筋采用非抗震錨固長度，上鐵錨固長度0.35lab（直錨段）+15d，下鐵錨固長度12d，兩端支座僅160mm寬，經(jīng)計算直徑超過φ12縱筋均不能滿足錨固長度要求。遂上鐵鋼筋采用φ12架立筋，在中間支座處與支座負筋搭接，下鐵鋼筋采用3φ12。此梁經(jīng)修改后配筋如圖4所示，既滿足了支座錨固長度等構造要求，又節(jié)省了鋼筋。 

　　7 結語 

　　影響剪力墻結構住宅經(jīng)濟指標的因素有很多，包括抗震設防烈度、當?shù)仫L壓、地質(zhì)情況等自然因素，建筑高度、高寬比、立面、平面布局、開間大小、層高、面層厚度等建筑方案因素，還有就是結構設計人員設計水平和責任心的因素。這些因素導致最終的結構經(jīng)濟指標有一定的離散型。但結構人員必須精心設計，盡可能達到現(xiàn)有條件下的最優(yōu)化。順義新城0701-013地塊住宅項目建設方根據(jù)本項目特點，提出地上部分45kg/m2的限額設計指標。項目設計過程中按本文設計思想貫徹執(zhí)行，設計完成后經(jīng)初步預算地上部分鋼筋量控制在42kg/m2，達到較好的經(jīng)濟效果。 

　　參考文獻 

　　[1]GB50011-2010 建筑抗震設計規(guī)范.中國建筑工業(yè)出版社.2010 

　　[2]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程.中國建筑工業(yè)出版社.2010 

　　[3]全國民用建筑工程設計技術措施-結構（混凝土結構）.中國計劃出版社.2012