探讨剪力墙结构的经济性设计研究

探讨剪力墙结构的经济性设计研究

杜攀峰

浙江绿城东方建筑设计有限公司310012

摘要：剪力墙结构是目前高层建筑中最为常见的结构，而且有数据表明，建筑中剪力墙的数量愈多，对地震等自然灾害的抵抗能力越强。不过另一方面，剪力墙的造价相对较高，过多的剪力墙结构则会造成经济成本的增加而造成浪费。而且，过多的剪力墙也会增大结构刚度，缩短结构振动周期，导致振动叠加而增强对建筑的伤害，因此，在设计阶段，对剪力墙数量的合理优化，既可以满足减少在计算等方面的工作量，又可以满足经济需要，因此非常必要。

关键字：剪力墙；结构设计；经济性

伴随着我国房地产业的迅猛发展高层剪力墙结构建筑在工程中的应用日益增加，在结构设计中对剪力墙结构进行结构设计方案优化并对剪力墙梁板等构件的配盘采取必要的技术措施，对于节约建设成本具有现实意义。早期由于对剪力墙的各种结构形式研究不够深入，对其力学性能的了解也不够深刻，为了保证结构的安全性，设计师在设计过程中往往需要采用较为保守的方法高速计算结果，并采取加强的构造措施提高构件强度。这样处理既不经济也不一定能真正保证安全。

一、房地产企业如何控制成本

随着房地产业的行业竞争激烈,如何降低工程成本,保证结构安全，关系到每个房地产企业核心竞争力。关于结构设计的经济性控制市场上相关地产公司一般采用以下几种方法,作用褒贬不一。

(l)成立地产公司设计部，招聘设计院工程师管控设计图纸，由于设计部不比设计院，人员规模有限，很难对结构设计中的技术细节问题一一把控,从而很难控制结构造价。

(2)根据以往的一些经验，武断要求设计单位进行限额设计。这也会带来明显的问题，有些设计单位不得不为了完成限额指标,对结构的安全度、可靠度、抗震性能进行了舍弃，特别是那些设计实力不强的单位，给工程结构安全带来较大隐患。

(3)规模大的一些地产公司聘请专业的结构顾问公司。结构顾问公司均由结构设计界资深人士组成，专业能力和经验都很强，非常熟悉规范和结构设计软件，有非常丰富的成本控制方法。聘请结构顾问是比较有效和科学的方法，国际上也通行此种做法。但一般是结构大而复杂的项目会聘请结构顾问，小的项目因为成本问题一般没有聘请。

二、控制建筑结构成本的措施

1.采用轻质隔墙材料

建筑隔墙尽可能采用市面上环保要求符合规定的轻质墙体材料，如陶粒砌块、泡沫混凝土填充料等，以达到减轻结构自重、减小地震作用力、降低材料造价的目的。另外，采用高强度等级钢筋、钢材，减少用钢量。

2.根据实际情况进行荷载核算

仔细研读建筑图纸，如有大量的门、窗、机电洞口、客厅门廊，其上的墙体荷载可以扣减，研读建筑面层做法，明确建筑功能确定合理的活荷载，荷载按照图纸做法实际输入，不随意乱加。

3.合理的剪力墙结构布置

（1）根据剪力墙布设原则，在保证承载能力和刚度的情况下，尽可能拉大剪力墙的间距，间距宜为4~6m；

（2）保证竖向刚度连续，剪力墙厚度沿结构高度方向均匀有梯度渐变；

（3）利用连梁把剪力墙结构连成整体，提高整体刚度。

（4）剪力墙各向刚度比较均匀，荷载导算时使各个方向剪力墙的轴压比尽量一致，且与规范限值偏离不大，以减少剪力墙数量及结构自重，控制地震力；

（5）剪力墙走向明确、简洁，少复杂形状，多一字型、L形、T形，坚决去除小墙垛和短墙。

4.严格按结构计算结果及规范构造要求实际配筋

规范对荷载输入设计值与标准值之间有安全系数，在模型荷载精确的下严格按计算结果和规范构造要求配筋，不要盲目加安全储备。

三、结构构件经济性设计

随着房地产业的竞争越来越激烈,如何降低工程成本,关系到每个房地产企业核心竞争力。在开始建筑方案设计时就要通盘考虑对结构体系选型,不单单考虑建筑美观、功能合用，而且要考虑结构的合理性和经济性。根据我们的工程经验，结构设计图纸的质量是决定工程总投资的关键因素，结构投入成本占工程总投资将近一半以上，很多建筑方案一味追求新、奇、特，结果结构方案非常复杂，工程超支非常严重。怎样才能做到控制成本，又保证结构安全呢？我们应该从以下几方面着手:

1.合理的剪力墙平面布置、减小数量和厚度

在剪力墙结构设计中，剪力墙的数量和厚度和结构的抗侧刚度、结构所承担的地震力的大小密切相关,合适的剪力墙数量、合理的布置、及梯度变化的厚度，能赋予剪力墙结构良好的抗侧刚度和承载能力。若不合理地增加剪力墙数量、增大墙厚，有可能两个方向上刚度不均造成扭转效应，另外，自重增加，地震力增大，配筋也会增大，会增加工程造价，造成浪费。一般情况下有以下措施控制剪力墙墙厚取值:

（1）依照规范，根据结构计算,以结构的层间位移角、周期比、位移比、轴压比等控制指标确定剪力墙合理厚度；

(2)稳定性及构造性要求。

2.按实际计算结果给剪力墙配筋

《混凝土结构设计规范》第11条对墙体配筋率有明确要求。当计算结构为构造时，严格按照规范要求配筋。控制配筋率的有以下措施：

(1)当短墙肢的水平配筋率较大时,可适当增大墙厚，可减少用钢量。

(2)拉筋间距:规范要求，拉筋间距不大于300mm和2倍的纵筋间距,故可以在计算值设置纵向钢筋时，可以采用稍大直径的钢筋拉开纵筋间距。

(3)对于剪力墙加强区约束边缘构件的配箍率,可以根据规范相关公式采用高强度等级的钢筋以有效地降低配箍率，减少用钢量。

3.减轻结构自重

(1)减少楼板厚度:高层住宅结构，按照《建筑结构荷载规范》使用荷载一般很小，楼板配筋计算下来基本为构造配筋，板厚是楼板用钢量关键，板厚一般按挠度、裂缝及机电穿管决定，除开特殊情况，120mm厚板一般均能满足上述要求。板跨一般取3m~5m。

(2)减少剪力墙数量和厚度:在保证抗侧刚度和承载能力基础上减少剪力墙数量,可以减轻结构自重,可以减少水平地震力，节省用钢量和混凝土用量。可以适当扩大剪力墙间距，控制在4~6m，使剪力墙长度合理，均匀布置，走向明确、形状简单、墙厚竖向有序梯度变化，能获得良好的抗侧刚度和承载能力及延性，同时减少结构自重、降低地震力，减少钢材和混凝土用量，有良好的经济效益。

四、结论

高层剪力墙的结构设计的经济关键性因素是剪力墙结构平面布置方案和剪力墙的数量。在获得合适刚度和承载能力的基础上，通盘考虑剪力墙配筋率、厚度和梁板的布置。因此,要加强剪力墙结构概念设计,仔细斟酌结构方案，重视经济因素因素,在方案、构造、计算上仔细权衡，使结构图纸既能保证结构安全，又能经济，减少材料使用，降低工程造价，达到双赢的效果。