談高層住宅結(jié)構(gòu)剪力墻優(yōu)化設(shè)計
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摘要：為了緊隨城市化進(jìn)程，在建筑工程高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要進(jìn)行有效的規(guī)劃和優(yōu)化管理，嚴(yán)格從設(shè)計需求出發(fā)，科學(xué)展開剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作，提高建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。本文首先對高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行闡述，然后發(fā)現(xiàn)目前我國建筑工程高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的主要問題，最后結(jié)合實際工程案例，提出相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的具體措施，旨在為促進(jìn)我國建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化水平的提升提供借鑒。
關(guān)鍵詞：建筑工程；高層住宅；剪力墻；措施分析
1高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計概述
剪力墻結(jié)構(gòu)指運(yùn)用鋼筋混凝土等現(xiàn)代化墻板替代傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中的梁柱部分，幫助提高高層住宅建筑物內(nèi)部整體荷載能力，并提升結(jié)構(gòu)的平衡控制效果。目前剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計被廣泛應(yīng)用在實際的土木建筑高層住宅施工中，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提升。在建筑工程剪力墻的設(shè)計過程中，其主要承重力來源于剪力墻，剪力墻不僅能夠?qū)ㄖQ直和水平方向的荷載力進(jìn)行承載，還能對建筑內(nèi)部空間規(guī)劃起到一定的隔離效果。結(jié)合實際的建筑工程情況，剪力墻的高度在設(shè)計過程中需要與建筑內(nèi)部高度相等。與其他建筑結(jié)構(gòu)部位相比，一般剪力墻厚度較薄，最薄部位在16cm左右，這種特點(diǎn)能夠為建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供更加多樣化的空間范圍和空間規(guī)劃的可能性。
2目前我國建筑工程高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的主要問題
2.1對于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化圖紙認(rèn)識程度不足
建筑工程圖紙對整體的建筑工程高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計起到指導(dǎo)性作用，如果建設(shè)單位未充分認(rèn)識到設(shè)計優(yōu)化圖紙對于建筑工程項目的重要影響，在剪力墻結(jié)構(gòu)圖紙繪制過程中，忽略結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計細(xì)節(jié)，不僅會對整體高層住宅項目建設(shè)進(jìn)度造成負(fù)面影響，而且會降低后期實際建筑物整體建設(shè)質(zhì)量，甚至造成一些施工事故的發(fā)生。結(jié)合目前我國一些建筑企業(yè)的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化圖紙繪制過程，大多數(shù)設(shè)計人員在圖紙設(shè)計完成后，沒有根據(jù)實際的工程建設(shè)情況進(jìn)行二次檢查，降低了結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化圖紙與實際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的匹配程度。除此之外，一些設(shè)計人員缺乏實際的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化管理經(jīng)驗，使得在圖紙設(shè)計過程中出現(xiàn)多種問題，造成圖紙設(shè)計推導(dǎo)值丟失，不利于整體優(yōu)化設(shè)計工作的正常開展。
2.2一些建筑物內(nèi)部存在較多設(shè)計缺陷
在實際的高層住宅剪力墻設(shè)計過程中，對于建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部多個承重部位、結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)整體性具有較高的要求。為了明顯提升建筑結(jié)構(gòu)整體的安全性，需要建筑工程管理人員對各項資源進(jìn)行合理的安排、協(xié)調(diào)和利用。同時在設(shè)計過程中對不同結(jié)構(gòu)、不同節(jié)點(diǎn)的實際情況進(jìn)行針對性分析，對各個設(shè)計優(yōu)化環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控。這就在一定程度上提高了高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化整體把控的難度，造成更多偏差問題的出現(xiàn)，使得在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在較多缺陷。比如剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計不符合建筑標(biāo)準(zhǔn)、混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量較差等，降低了整體高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。
2.3未與實際的高層住宅剪力墻施工進(jìn)行有效聯(lián)系
由于在實際的高層住宅剪力墻施工過程中，受外部因素影響較多，比如施工設(shè)備、工程選址、材料采購、設(shè)計優(yōu)化圖紙制作等。目前大多數(shù)建設(shè)單位對于整體的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程管理較差，缺乏與實際現(xiàn)場設(shè)計過程中相關(guān)技術(shù)人員之間的溝通和交流，使得建設(shè)過程中發(fā)生不同程度的安全事故。
2.4高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題
由于高層住宅剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)施工中，材料的配比缺乏合理性，必然會影響混凝土質(zhì)量，使得高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)不能達(dá)到國家規(guī)定的要求。在具體的施工過程中，由于監(jiān)理人員不具備較高的安全意識，或者在施工中存在偷工減料的難問題，必然會影響高層住宅剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。另外，在高層住宅剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)施工的時候，施工人員往往從施工習(xí)慣出發(fā)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縮值有所提高，保證其穩(wěn)固度。硅灰和混凝土之間是正比例關(guān)系，將粉煤灰加入到混凝土中，混凝土的自收縮值就會有所降低。硅灰和粉煤灰具有相似的特性，與混凝土的自收縮值成正比。
3高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施
3.1開展有效的高層住宅剪力墻抗震設(shè)計優(yōu)化
我國相關(guān)建筑工程建設(shè)管理制度對于高層住宅剪力墻的抗震等級提出了嚴(yán)格要求，因此在實際的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，需要對抗震部位進(jìn)行優(yōu)化處理。一般在實際設(shè)計過程中，受建筑環(huán)境以及各種外部因素影響，整體的抗震等級設(shè)計需要比規(guī)定值更高，從而保障建筑物在外作用力下保持穩(wěn)定的延展性和承載能力。除此之外，設(shè)計人員需要著重注意鋼筋結(jié)構(gòu)配比及混凝土作用力配比，提高建筑物在面對地震時的安全性。下面結(jié)合工程實例對某高層住宅剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計優(yōu)化分析：以某工程項目為例，該工程整體分為五期，一期為中小產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)園，二期為商業(yè)街，三期為別墅區(qū)，四期、五期為高層住宅和寫字樓。目前前三期建筑工程基本完工，已投入使用。下面選擇某高層住宅，進(jìn)行剪力墻抗震優(yōu)化設(shè)計。該住宅建筑面積共計5482.5m2，地下2層，地上11層，帶閣樓，建筑物總體高度38.1m。該工程的高層住宅抗震設(shè)計烈度為8度，整體建筑安全等級為二級，剪力墻抗震等級確定為二級，同時采取相應(yīng)的二級抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，抗震設(shè)防類別為丙類建筑。具體的抗震設(shè)計方案如下：①振型數(shù)相關(guān)要求在實際的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，為了確保抗震設(shè)計要求，振型的相關(guān)質(zhì)量需要超出總質(zhì)量的90%。振型數(shù)主要由結(jié)構(gòu)形式以及層數(shù)進(jìn)行決定，當(dāng)建筑整體剛度有較大變化或建筑結(jié)構(gòu)本身擁有較大剛度時，需要取最大振型數(shù)。②連梁剛度的折減針對該高層住宅剪力墻設(shè)計，其結(jié)構(gòu)中連梁屬于一類耗能型建筑構(gòu)件，在設(shè)計優(yōu)化過程中避免盲目剪切破壞整體的結(jié)構(gòu)延展性。因此，設(shè)計人員根據(jù)實際的強(qiáng)剪弱彎原則對連梁高度進(jìn)行專業(yè)計算，同時對連梁高度進(jìn)行一定程度的降低。針對開裂連梁的剛度情況，需要對連梁高度的折減系數(shù)進(jìn)行計算。除此之外，針對高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其剛度較小，對各個墻肢使用傳統(tǒng)框架梁結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法。在對整體的建筑結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行計算后，小幅度下調(diào)連梁高度。③抗震構(gòu)造的重要設(shè)計參數(shù)如下圖1所示，針對高層住宅剪力墻的底部部位，需要對剪力設(shè)計值進(jìn)行有效調(diào)整，將剪力提升系數(shù)一級取值為1.7，二級取值為1.5，三級取值1.3，其他各層一至三級剪力設(shè)計增大系數(shù)分別為1.5、1.3、1.2。除此之外，結(jié)合高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化原則，確保整體短肢剪力墻的截面厚度在200mm以上。同時在對抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時，保障底部配筋率高于1.2%，其余部分高于1%。④布置結(jié)構(gòu)注意事項在對該高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震優(yōu)化處理時，需要結(jié)合實際的圖紙設(shè)計要求，提高剪力墻設(shè)計布置的合理性和均勻性。同時對墻體軸向壓力進(jìn)行嚴(yán)格把控，使其在規(guī)定范圍內(nèi)避免出現(xiàn)較大的落差問題。針對豎向設(shè)計，需要保障上、下墻肢對齊，使得結(jié)構(gòu)受力連續(xù)，同時提高洞口位置的準(zhǔn)確性，將連梁后結(jié)構(gòu)抗側(cè)力進(jìn)行提升，幫助整體高層住宅剪力墻抗震設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)的實現(xiàn)。
3.2合理控制軸壓比
與普通建筑相比，高層住宅對于剪力墻軸壓比的控制具有更高的要求。在具體的優(yōu)化設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要結(jié)合剪力墻的延展性，對剪力墻結(jié)構(gòu)軸壓比進(jìn)行有效的計算，同時關(guān)注高層住宅結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)性，避免出現(xiàn)局部軸壓比過大的情況。
3.3科學(xué)制定短肢剪力墻數(shù)目
為了提高高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化水平，設(shè)計人員需要在我國相關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行優(yōu)化工作。在設(shè)計前期，對整體的高層住宅剪力墻數(shù)目進(jìn)行全面的分析，制定科學(xué)的規(guī)劃。尤其針對剪力墻結(jié)構(gòu)中的短肢剪力墻，需要根據(jù)不同高層住宅長度對短肢剪力墻長度進(jìn)行提前性規(guī)劃，減少墻體剛性。將普通剪力墻與短肢剪力墻進(jìn)行有效的結(jié)合，從而全面提升高層住宅的安全性。
3.4完善短肢剪力墻的布局。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計人員需要提升自身的剪力墻空間布局意識，提升自身設(shè)計水平，結(jié)合不同高層住宅結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提升對于剪力墻結(jié)構(gòu)的理解程度。同時，在剪力墻布局優(yōu)化設(shè)計過程中，避免在單個部位集中使用過多短肢剪力墻，提升剪力墻設(shè)計的均勻性。需要注意的是，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，需要對整體建筑物中心進(jìn)行有效的把握，避免發(fā)生中心改變情況，從而提升整體的剪力墻抗震性能。
3.5提高高層住宅剪力墻混凝土施工質(zhì)量
高層住宅剪力墻施工的過程中，混凝土的接縫技術(shù)和切縫技術(shù)都是需要重視的施工內(nèi)容，施工質(zhì)量對整個的工程具有直接的影響。施工技術(shù)人員對接縫技術(shù)和切縫上技術(shù)的應(yīng)用情況要引起足夠的重視。技術(shù)人員發(fā)揮技術(shù)指導(dǎo)作用，從施工現(xiàn)場的地形地貌情況出發(fā)選擇相應(yīng)的接縫技術(shù)，技術(shù)人員對施工人員的操作進(jìn)行檢查、指導(dǎo)，確保施工技術(shù)符合施工要求。高層住宅剪力墻混凝土施工中，進(jìn)行混凝土接縫技術(shù)和切縫技術(shù)應(yīng)用中，要嚴(yán)格按照流程進(jìn)行，使用切割裝置將質(zhì)量不合格的混凝土鏟除，使用同一標(biāo)號的新混凝土進(jìn)行處理。在應(yīng)用接縫技術(shù)的時候，對地面環(huán)境溫度可以控制，避免由于環(huán)境溫度因素的影響導(dǎo)致接縫施工的質(zhì)量和效率降低。所以，在進(jìn)行混凝土接縫施工和切縫施工之前，要使用溫度測量儀對地面溫度進(jìn)行測量，當(dāng)溫度為規(guī)定的范圍內(nèi)才能施工，使得接縫施工和切縫施工質(zhì)量有所保證，從而提高高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化效果。
3.6利用現(xiàn)代化設(shè)計優(yōu)化技術(shù)——以BIM技術(shù)為例
隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)在高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中的作用越來越明顯。與傳統(tǒng)的二維模型相比，通過BIM專業(yè)的三維數(shù)據(jù)模型的建立，能夠?qū)Ω邔幼≌袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中各項數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行更為立體和直觀地展示，從而提高問題發(fā)現(xiàn)的效率，為設(shè)計人員進(jìn)行建筑設(shè)計圖紙的優(yōu)化和改進(jìn)提供直接的幫助，具體如下：①BIM技術(shù)具有更強(qiáng)的模擬分析能力，在高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化初期階段，能夠根據(jù)設(shè)計人員的實際需求，對后續(xù)及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計效果進(jìn)行充分展示。同時，將其中可能發(fā)生的問題進(jìn)行模擬，幫助人員進(jìn)行問題改善和設(shè)計優(yōu)化提供參考，提高對于整體高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的掌控力度。②應(yīng)用BIM技術(shù)能夠提高高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的整體協(xié)調(diào)性。傳統(tǒng)的二維模型不能夠?qū)⒏邔幼≌袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的問題進(jìn)行充分展示，尤其針對一些錯綜復(fù)雜的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及對象和參與方式更加的復(fù)雜，利用BIM技術(shù)能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行充分協(xié)調(diào)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工工程量的準(zhǔn)確性和效率性。通過立體多維的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化模型，使人直觀地感受到高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，促進(jìn)工程順利實施。
3.7加強(qiáng)高層住宅剪力墻質(zhì)量檢測
針對高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測，如果檢測人員發(fā)現(xiàn)其檢測結(jié)果不符合實際的建筑工程規(guī)范要求，需要及時將其轉(zhuǎn)交給建設(shè)單位，協(xié)助其進(jìn)行工程施工圖紙的設(shè)計和修改，從而對問題及時的進(jìn)行解決和處理。同時，在問題處理后，設(shè)計人員需要進(jìn)行二次確認(rèn)，完成高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)驗收。針對高層住宅剪力墻質(zhì)量問題，設(shè)計人員和檢測人員需要進(jìn)行充分溝通，對問題進(jìn)行型總結(jié)，尋找質(zhì)量問題出現(xiàn)的根源，并對相關(guān)的負(fù)責(zé)部門進(jìn)行書面報告。在相關(guān)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)的復(fù)核監(jiān)督下，幫助我國高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量的不斷提升。
4結(jié)束語
綜上所述，隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，對于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量提出了更高的要求。建筑結(jié)構(gòu)作為建筑重要的承載結(jié)構(gòu)，對整體的建筑物產(chǎn)生重要影響。因此，相關(guān)工作人員需要提高設(shè)計優(yōu)化工作的重視程度，對建筑物進(jìn)行不同角度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，比如剪力墻抗震設(shè)計、地基設(shè)計和混凝土設(shè)計等。同時，利用合理的高層住宅剪力墻設(shè)計優(yōu)化檢測方法，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，結(jié)合不同的建筑物設(shè)計情況，對各個剪力墻結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測，確保剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)備、材料等符合高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)我國建筑工程建筑行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計水平不斷提升。
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作者：張鑫 單位：晉城合為規(guī)劃設(shè)計集團(tuán)有限公司