基于高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计研究

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1、基于高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计研究　　摘要：在实际的高层住宅建造及设计过程中，一个值得注意的现象是，目前工程实践中大多数剪力墙结构的布置还主要取决于设计人员的经验，设计者出于结构的安全或设计进度等方面的考虑而对结构设计采取相对保守的结构布置方案，一定程度上忽略了结构的合理性和经济性。因此对剪力墙结构的布置进行优化显然十分必要。本文主要攫取了高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计进行了研究和阐述。关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计　　　　0　引言　　随着建筑工程技术地不断提高以及节约土地资源，人们

2、的住宅也逐渐由低层建筑发展到高层建筑。所谓高层建筑，它主要是相对于多层建筑而言的，评判一个建筑是否为高层建筑，主要有两个评判指标，即高度以及层数两个标准。目前，国家尚未对多少层数为高层建筑有一个划分的标准。因此，这就使得高层建筑这个概念在不同的国家和地区，有着不同的规定和标准。对于高层建筑的规定，主要是与这个国家和地区的经济条件，建筑技术、消防设置以及电梯设备等多方面的因素有极大的关系。例如在英国规定建筑高度为超过的建筑为高层建筑；在日本则规定楼层超过8层或是楼高大于31m的建筑为高层建筑；在我国，则规

3、定超过10层或是高度超过28m的为高层建筑。由于高层建筑本身具有一定的特殊性，对建筑技术的要求也比普通建筑要高。本文主要攫取了高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计进行了研究和阐述。　　1　高层建筑结构的类型　　按照使用的材料区分，高层建筑可采用砌体结构、混凝土结构、钢结构和钢一混凝土混合结构等类型。　　砌体结构虽然具有取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但由于砌体是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差，现代高层建筑很少采用无筋砌体结构建造。在砌体内配置钢筋后，可大大的改善砌体的受力性能

4、，使之用于建造地震区和非地震区的中高层建筑成为可能。　　混凝土结构具有取材容易、良好的耐久性和耐火性、承载能力大。刚度好、节约钢材、降低造价、可模性好以及能浇制成各种复杂的截面和形状等优点，现浇整体式混凝土结构还具有整体性好，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。混凝土结构布置灵活方便，可组成各种结构受力体系，在高层建筑中得到了广泛的应用，特别是在我国和其他一些发展中国家，高层建筑主要以混凝土结构为主。钢结构具有材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便、施工周期短、抗震性能好等优点，在高层建筑中

5、也有着较广泛的应用。但由于高层建筑钢结构用钢量大，造价高，再加之因钢结构防火性能差，需要采取防火保护措施，增加了工程造价。钢结构的应用还受钢铁产量和造价的限制，在发达国家，高层建筑的结构类型主要以钢结构为主。近年来，随着我国国民经济的增强和钢产量的大幅度提高以及高层建筑建造高度的增加，采用钢结构的高层建筑也不断地增多。特别是对地基条件差或抗震要求高，而高度又较大的高层建筑，更适合采用钢结构。　　钢一混凝土组合结构或混合结构不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好等特点，同时还兼有混凝土结

6、构刚度大、防火性能好、造价低的优点，因而被认为是一种较好的高层建筑结构形式，近年来在我国发展迅速。组合结构是将钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成(称为钢骨混凝土)，或在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件(称为钢管混凝土)。如北京的香格里拉饭店(24层，高83m)采用钢骨混凝土柱，正在建设的上海环球金融中心大厦(95层，460m)和陕西信息大厦(52层，高189m)均采用钢骨混凝土框筒结构，深圳的赛格广场大厦(76层，高292m)采用圆钢管混凝土柱，香港中心大厦(70层，高292m)和台北国际金融中心

7、大厦均采用方钢管混凝土柱。混合结构一般是指由钢筋混凝土或钢骨混凝土剪力墙(或筒体)以及钢框架组成的抗侧力体系。　　2　剪力墙结构分析与设计　　剪力墙结构是指纵横向主要承重构件全部为结构墙的结构。如果墙体在建筑物中的位置合适，就会形成一个可以很好的抵抗水平力的结构体系，同时还能够分割空间。通常情况下结构墙的高度与整个房间的一样，从基础到屋顶有几十到一百多米高，宽度则是根据建筑的平面布置确定的，通常在几米到十几米之间；其厚度相对来说就要薄的多了，通常在200cm-300cm之间，最薄的仅有160cm。所以在

8、一个墙体平面内有结构墙存在时就会有很大的侧移刚度，但墙体外的刚度就非常小，通常可以忽略不计。因此结构墙承载着来自于建筑的大部分水平作用或水平剪力，剪力墙名称的形成也在于此。实际上更确切的来说，剪力墙应该叫做结构墙。在国外的一些文献中已经开始用结构墙开称呼它，在本文中依旧按照我国工程界的习惯，用剪力墙来称呼它。　　　剪力墙结构的形式单片剪力墙可根据其本身开洞率对其受力特性的影响分为若干类型。　　　无洞单肢剪力墙剪力墙的立面上没有任何洞口。这种