改变剪力墙墙肢长度在剪力墙结构住宅优化中的应用

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1、工程设计汪炳生，等：改变剪力墙墙肢长度在剪力墙结构住宅优化中的应用GONGCHENG—SH１８E７JI—改变剪力墙墙肢长度在剪力墙结构住宅优化中的应用１２汪炳生，王珺（１．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥２３０００９；２．合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥２３０００９）摘要：以某一高层住宅剪力墙结构为研究对象，以沿层数自下而上减小剪力墙墙肢长度方式对原结构进行优化，采用有限元结构设计软件SATWE进行建模与分析，对比分析优化前后的结构抗震、抗风等性能和经济性。对比结果显示利用此种方式优化得到的结构不仅在结构整体性能上有所提高，而且节约材料。关键词：剪力墙结构住宅；结构优化

2、；墙肢长度；经济性中图分类号：TU９７３．１６文献标识码：A文章编号：１６７３‐５７８１（２０１５）０２‐０１８７‐０３２筑总面积为９３１３m，总高度为７９．８m，总宽度为０引言１６．９m。结构重要性系数为１．０，地下室顶板为上部剪力墙结构具有抗侧刚度大、侧移小、室内墙面结构嵌固端。平整、结构自重大、吸收地震能量大、造价较高的特［１］２优化后结构模型点。对其进行优化设计以期获得最优结构方案并［２］节约投资，一直是工程师所努力追求的。文献［３］规定：抗震设计时，剪力墙底部加强区的目前高度在１００m以下的钢筋混凝土剪力墙结范围，应从地下室顶板算起，可取两层和墙体总高度构住宅的设计一般未

3、对剪力墙墙肢沿层数自下而上的１／１０二者的较大值。从第１０层开始选轴压比离减小长度的细化设计，因此对剪力墙结构进行剪力墙限值较大的剪力墙墙肢，采取每隔一定层数减小剪力墙肢沿层数自下而上减小长度的优化研究具有提高墙墙肢一定长度的方式进行优化。结构抗震性能和经济效益的作用。文献［３］规定，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙。在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担１工程概况的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩结构原模型的标准层见图１所示。的５０％；所以在优化的过程中尽量使剩余墙肢长度大于８倍墙厚，这样保证优化后的结构符合规范要求。根据以上要求，按自下而上逐渐减小剪力墙墙肢长度原则

4、进行优化，优化后模型１０～１４层剪力墙布置见图２，１５～１９层剪力墙布置图见图３，２０～２８层剪力墙布置图见图４。图１结构原模型标准层某住宅地上２８层，层高为２．９m，地下１层，层高为４m，其结构形式为剪力墙结构。本工程抗震设防烈度为７度，设计基本地震加速度为０．１０g，地震分组为第一组，多遇地震的水平地震影响系数max为α０．０８，特征周期值Tg为０．３５，场地类别为Ⅱ类。建图２优化后模型１０～１４层剪力墙布置收稿日期：２０１５‐０３‐０６；修改日期：２０１５‐０３‐１１作者简介：汪炳生（１９９０－），男，安徽肥西人，合肥工业大学硕士生；王珺（１９６５－），男，安徽桐城人，合肥工

5、业大学教授级高工．枟工程与建设枠２０１５年第２９卷第２期１８７工程设计—GO１N８８GC—HENGSHEJI汪炳生，等：改变剪力墙墙肢长度在剪力墙结构住宅优化中的应用（３）振型：通过查看STAWE计算结果可以知道：优化前X向的有效质量系数为９６．８２％，Y方向的有效质量系数为９５．７６％，优化后X方向的有效质量系数为９６．０９％，Y方向的有效质量系数为９４．９２％。优化前结构与优化后结构的有效质量系数均满足要求。图３优化后模型１５～１９层剪力墙布置３．２变形特性结构变形特性是指描述结构变形的一系列参数［２］值。高层建筑结构的变形特性可以通过层间位移角，位移比等方面来控制。通过查看优

6、化受剪承载力比值和刚度比值，发现沿层数的墙肢长度突变没有使得优化后结构出现薄弱层。图４优化后模型２０～２８层剪力墙布置（１）层间位移角：在STAWE软件中，可以直接３优化前后结构性能对比分析通过查看计算结果来得到各种工况下层间位移角。优化前后层间位移角对比表见表２所列。３．１动力特性表２优化前后层间位移角对比情况结构动力特性是指：结构的自振周期、振型和阻工况地震作用下风荷载作用下［４］尼。都是结构固有的特性，与外界作用无关。X向１／１１１６１／１６０３优化前模型高层建筑结构的动力特性主要可以通过周期、周Y向１／１３０９１／１２３６X向１／１０６２１／１５５０期比、振型等方面来控制。

7、优化后模型Y向１／１１６６１／１１２２（１）周期：优化前后周期对比见表１所列。表１优化前后周期对比情况根据表２可以看出，优化前后结构都符合规范关优化前优化后优化前优化后于楼层最大层间位移角限值的规定。优化后在两种振型周期／s周期／s平动系数平动系数工况下的最大层间位移角比优化前相应工况下的层１２．６７８０２．７２６２０．９９０．９９间位移角稍大且更加接近规范限值，说明优化后结构２２．６０１５２．６９１３０．９９１．００刚度较优化前变小，构件设置更加合理。３１．８３８４