高层住宅结构剪力墙优化设计探索

时间：2020-10-20 11:08:03 所属分类：建筑科学 浏览量:

为了紧随城市化进程，在建筑工程高层住宅结构设计过程中，需要进行有效的规划和优化管理，严格从设计需求出发，科学展开剪力墙结构设计优化工作，提高建筑物结构的稳固性。本文首先对高层住宅剪力墙结构设计进行阐述，然后发现目前我国建筑工程高层住宅剪力

　　为了紧随城市化进程，在建筑工程高层住宅结构设计过程中，需要进行有效的规划和优化管理，严格从设计需求出发，科学展开剪力墙结构设计优化工作，提高建筑物结构的稳固性。本文首先对高层住宅剪力墙结构设计进行阐述，然后发现目前我国建筑工程高层住宅剪力墙结构设计中存在的主要问题，最后结合实际工程案例，提出相关结构设计优化的具体措施，旨在为促进我国建筑剪力墙结构设计优化水平的提升提供借鉴。

　　1高层住宅剪力墙结构设计概述

　　剪力墙结构指运用钢筋混凝土等现代化墙板替代传统框架结构中的梁柱部分，帮助提高高层住宅建筑物内部整体荷载能力，并提升结构的平衡控制效果。目前剪力墙结构设计被广泛应用在实际的土木建筑高层住宅施工中，促进建筑结构稳定性的提升。在建筑工程剪力墙的设计过程中，其主要承重力来源于剪力墙，剪力墙不仅能够对建筑竖直和水平方向的荷载力进行承载，还能对建筑内部空间规划起到一定的隔离效果。结合实际的建筑工程情况，剪力墙的高度在设计过程中需要与建筑内部高度相等。与其他建筑结构部位相比，一般剪力墙厚度较薄，最薄部位在16cm左右，这种特点能够为建筑结构内部提供更加多样化的空间范围和空间规划的可能性。

　　2目前我国建筑工程高层住宅剪力墙结构设计中存在的主要问题

　　2.1对于剪力墙结构设计优化图纸认识程度不足

　　建筑工程图纸对整体的建筑工程高层住宅剪力墙结构设计起到指导性作用，如果建设单位未充分认识到设计优化图纸对于建筑工程项目的重要影响，在剪力墙结构图纸绘制过程中，忽略结构优化设计细节，不仅会对整体高层住宅项目建设进度造成负面影响，而且会降低后期实际建筑物整体建设质量，甚至造成一些施工事故的发生。结合目前我国一些建筑企业的高层住宅剪力墙结构设计优化图纸绘制过程，大多数设计人员在图纸设计完成后，没有根据实际的工程建设情况进行二次检查，降低了结构设计优化图纸与实际建筑结构设计施工的匹配程度。除此之外，一些设计人员缺乏实际的高层住宅剪力墙结构设计优化管理经验，使得在图纸设计过程中出现多种问题，造成图纸设计推导值丢失，不利于整体优化设计工作的正常开展。

　　2.2一些建筑物内部存在较多设计缺陷

　　在实际的高层住宅剪力墙设计过程中，对于建筑结构内部多个承重部位、结构环节整体性具有较高的要求。为了明显提升建筑结构整体的安全性，需要建筑工程管理人员对各项资源进行合理的安排、协调和利用。同时在设计过程中对不同结构、不同节点的实际情况进行针对性分析，对各个设计优化环节进行严格把控。这就在一定程度上提高了高层住宅剪力墙结构设计优化整体把控的难度，造成更多偏差问题的出现，使得在实际的建筑结构设计中存在较多缺陷。比如剪力墙结构设计不合理、抗震结构设计不符合建筑标准、混凝土结构质量较差等，降低了整体高层住宅剪力墙结构的稳定性和安全性。

　　2.3未与实际的高层住宅剪力墙施工进行有效联系

　　由于在实际的高层住宅剪力墙施工过程中，受外部因素影响较多，比如施工设备、工程选址、材料采购、设计优化图纸制作等。目前大多数建设单位对于整体的高层住宅剪力墙结构设计优化过程管理较差，缺乏与实际现场设计过程中相关技术人员之间的沟通和交流，使得建设过程中发生不同程度的安全事故。

　　2.4高层住宅剪力墙结构设计中混凝土结构质量问题

　　由于高层住宅剪力墙混凝土结构施工中，材料的配比缺乏合理性，必然会影响混凝土质量，使得高层住宅剪力墙结构设计结构不能达到国家规定的要求。在具体的施工过程中，由于监理人员不具备较高的安全意识，或者在施工中存在偷工减料的难问题，必然会影响高层住宅剪力墙混凝土结构的施工质量达标。另外，在高层住宅剪力墙混凝土结构施工的时候，施工人员往往从施工习惯出发在混凝土中加入一定比例的硅粉，目的在于使混凝土的自收缩值有所提高，保证其稳固度。硅灰和混凝土之间是正比例关系，将粉煤灰加入到混凝土中，混凝土的自收缩值就会有所降低。硅灰和粉煤灰具有相似的特性，与混凝土的自收缩值成正比。

　　3高层住宅剪力墙结构设计优化措施

　　3.1开展有效的高层住宅剪力墙抗震设计优化

　　我国相关建筑工程建设管理制度对于高层住宅剪力墙的抗震等级提出了严格要求，因此在实际的高层住宅剪力墙结构设计优化过程中，需要对抗震部位进行优化处理。一般在实际设计过程中，受建筑环境以及各种外部因素影响，整体的抗震等级设计需要比规定值更高，从而保障建筑物在外作用力下保持稳定的延展性和承载能力。除此之外，设计人员需要着重注意钢筋结构配比及混凝土作用力配比，提高建筑物在面对地震时的安全性。下面结合工程实例对某高层住宅剪力墙进行抗震设计优化分析：以某工程项目为例，该工程整体分为五期，一期为中小产业创业园，二期为商业街，三期为别墅区，四期、五期为高层住宅和写字楼。目前前三期建筑工程基本完工，已投入使用。下面选择某高层住宅，进行剪力墙抗震优化设计。该住宅建筑面积共计5482.5m2，地下2层，地上11层，带阁楼，建筑物总体高度38.1m。该工程的高层住宅抗震设计烈度为8度，整体建筑安全等级为二级，剪力墙抗震等级确定为二级，同时采取相应的二级抗震结构设计，抗震设防类别为丙类建筑。具体的抗震设计方案如下：①振型数相关要求在实际的高层住宅剪力墙结构设计优化过程中，为了确保抗震设计要求，振型的相关质量需要超出总质量的90%。振型数主要由结构形式以及层数进行决定，当建筑整体刚度有较大变化或建筑结构本身拥有较大刚度时，需要取最大振型数。②连梁刚度的折减针对该高层住宅剪力墙设计，其结构中连梁属于一类耗能型建筑构件，在设计优化过程中避免盲目剪切破坏整体的结构延展性。因此，设计人员根据实际的强剪弱弯原则对连梁高度进行专业计算，同时对连梁高度进行一定程度的降低。针对开裂连梁的刚度情况，需要对连梁高度的折减系数进行计算。除此之外，针对高层住宅剪力墙结构系统，其刚度较小，对各个墙肢使用传统框架梁结构设计优化方法。在对整体的建筑结构信息进行计算后，小幅度下调连梁高度。③抗震构造的重要设计参数如下图1所示，针对高层住宅剪力墙的底部部位，需要对剪力设计值进行有效调整，将剪力提升系数一级取值为1.7，二级取值为1.5，三级取值1.3，其他各层一至三级剪力设计增大系数分别为1.5、1.3、1.2。除此之外，结合高层住宅剪力墙结构设计优化原则，确保整体短肢剪力墙的截面厚度在200mm以上。同时在对抗震结构进行优化时，保障底部配筋率高于1.2%，其余部分高于1%。④布置结构注意事项在对该高层住宅剪力墙结构进行抗震优化处理时，需要结合实际的图纸设计要求，提高剪力墙设计布置的合理性和均匀性。同时对墙体轴向压力进行严格把控，使其在规定范围内避免出现较大的落差问题。针对竖向设计，需要保障上、下墙肢对齐，使得结构受力连续，同时提高洞口位置的准确性，将连梁后结构抗侧力进行提升，帮助整体高层住宅剪力墙抗震设计优化目标的实现。

　　3.2合理控制轴压比

　　与普通建筑相比，高层住宅对于剪力墙轴压比的控制具有更高的要求。在具体的优化设计过程中，设计人员需要结合剪力墙的延展性，对剪力墙结构轴压比进行有效的计算，同时关注高层住宅结构布置的科学性，避免出现局部轴压比过大的情况。

　　3.3科学制定短肢剪力墙数目

　　为了提高高层住宅的结构设计优化水平，设计人员需要在我国相关高层建筑结构设计标准下进行优化工作。在设计前期，对整体的高层住宅剪力墙数目进行全面的分析，制定科学的规划。尤其针对剪力墙结构中的短肢剪力墙，需要根据不同高层住宅长度对短肢剪力墙长度进行提前性规划，减少墙体刚性。将普通剪力墙与短肢剪力墙进行有效的结合，从而全面提升高层住宅的安全性。

　　3.4完善短肢剪力墙的布局

　　结构优化设计人员需要提升自身的剪力墙空间布局意识，提升自身设计水平，结合不同高层住宅结构特点，提升对于剪力墙结构的理解程度。同时，在剪力墙布局优化设计过程中，避免在单个部位集中使用过多短肢剪力墙，提升剪力墙设计的均匀性。需要注意的是，在剪力墙结构设计优化过程中，需要对整体建筑物中心进行有效的把握，避免发生中心改变情况，从而提升整体的剪力墙抗震性能。

　　3.5提高高层住宅剪力墙混凝土施工质量

　　高层住宅剪力墙施工的过程中，混凝土的接缝技术和切缝技术都是需要重视的施工内容，施工质量对整个的工程具有直接的影响。施工技术人员对接缝技术和切缝上技术的应用情况要引起足够的重视。技术人员发挥技术指导作用，从施工现场的地形地貌情况出发选择相应的接缝技术，技术人员对施工人员的操作进行检查、指导，确保施工技术符合施工要求。高层住宅剪力墙混凝土施工中，进行混凝土接缝技术和切缝技术应用中，要严格按照流程进行，使用切割装置将质量不合格的混凝土铲除，使用同一标号的新混凝土进行处理。在应用接缝技术的时候，对地面环境温度可以控制，避免由于环境温度因素的影响导致接缝施工的质量和效率降低。所以，在进行混凝土接缝施工和切缝施工之前，要使用温度测量仪对地面温度进行测量，当温度为规定的范围内才能施工，使得接缝施工和切缝施工质量有所保证，从而提高高层住宅剪力墙结构设计优化效果。

　　3.6利用现代化设计优化技术——以BIM技术为例

　　随着现代化进程的不断发展，BIM技术在高层住宅剪力墙结构设计优化中的作用越来越明显。与传统的二维模型相比，通过BIM专业的三维数据模型的建立，能够对高层住宅剪力墙结构设计优化过程中各项数据结果进行更为立体和直观地展示，从而提高问题发现的效率，为设计人员进行建筑设计图纸的优化和改进提供直接的帮助，具体如下：①BIM技术具有更强的模拟分析能力，在高层住宅剪力墙结构设计优化初期阶段，能够根据设计人员的实际需求，对后续及整体的结构设计效果进行充分展示。同时，将其中可能发生的问题进行模拟，帮助人员进行问题改善和设计优化提供参考，提高对于整体高层住宅剪力墙结构设计的掌控力度。②应用BIM技术能够提高高层住宅剪力墙结构设计优化的整体协调性。传统的二维模型不能够将高层住宅剪力墙结构设计过程中的问题进行充分展示，尤其针对一些错综复杂的高层住宅剪力墙结构设计，这些结构设计涉及对象和参与方式更加的复杂，利用BIM技术能够将建筑结构各方面数据进行充分协调，提高结构设计优化工工程量的准确性和效率性。通过立体多维的结构设计优化模型，使人直观地感受到高层住宅剪力墙结构设计效果，促进工程顺利实施。

　　3.7加强高层住宅剪力墙质量检测

　　针对高层住宅剪力墙结构的质量检测，如果检测人员发现其检测结果不符合实际的建筑工程规范要求，需要及时将其转交给建设单位，协助其进行工程施工图纸的设计和修改，从而对问题及时的进行解决和处理。同时，在问题处理后，设计人员需要进行二次确认，完成高层住宅剪力墙结构验收。针对高层住宅剪力墙质量问题，设计人员和检测人员需要进行充分沟通，对问题进行型总结，寻找质量问题出现的根源，并对相关的负责部门进行书面报告。在相关建筑工程质量监督管理机构的复核监督下，帮助我国高层住宅剪力墙结构建设质量的不断提升。

　　4结束语

　　综上所述，随着我国建筑行业的不断发展，对于高层住宅剪力墙结构设计质量提出了更高的要求。建筑结构作为建筑重要的承载结构，对整体的建筑物产生重要影响。因此，相关工作人员需要提高设计优化工作的重视程度，对建筑物进行不同角度的结构优化设计，比如剪力墙抗震设计、地基设计和混凝土设计等。同时，利用合理的高层住宅剪力墙设计优化检测方法，确保建筑结构设计的合理性，结合不同的建筑物设计情况，对各个剪力墙结构部位进行严格的质量检测，确保剪力墙结构的设备、材料等符合高层住宅结构设计优化标准，促进我国建筑工程建筑行业结构设计水平不断提升。

　　参考文献

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　　[2]凌宏玥.浅探板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计[J].建筑建材装饰,2019,000(001):211.

　　[3]陆波.高层剪力墙住宅结构优化设计原则及措施[J].工程技术研究,2019,004(010):190-191.

　　《高层住宅结构剪力墙优化设计探索》来源：《四川水泥》，作者：张鑫

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