高层剪力墙结构住宅优化设计问题初探.pdf

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1、画回国高层剪力墙结构住宅优化设计问题初探黄彩云汉嘉设计集团股份有限公司安徽分公司摘要：文章以高层建筑工程实例为依托，对剪力墙结构的优化设计问题进行了系统分析。研究结果表明，在高层住宅中采用剪力墙结构时，应当合理选取设计参数，这样可以使剪力墙结构的作用得以最大程度的发挥。关键词：高层建筑；剪力墙；结构设计近年来，随着我国城市化进程的不断加快，推动了建筑业的发展，各类建筑工程随之增多，其中又以高层建筑居多。在高层建筑工程中，剪力墙是较为常用的一种结构形式，该结构形式最为突出的特点是刚度大、承载力强，能够使

2、结构具有良好的延性。借此，本文依托工程实例对高层剪力墙结构住宅优化设计问题进行研究。1工程概况及结构设计依据1．1工程概况某高层建筑为24层住宅，建筑高度为72．0In，总建筑面积为11700m2，室内外高差300mm，结构形式为剪力墙结构。工程所在地位于8度设防烈度区上，故此不考虑使用短肢剪力墙。1．2设计依据本工程的设计使用年限为50a，结构重要性系数为1．0，由工程现场勘察报告可知，场地类别为II类。依据我国现行的GB50223—2010标准中的规定要求，本工程的抗震设防类别为丙类。本工程的主体

3、框架结构采用的是剪力墙，由JGJ3—2010规范中的相关规定可知，本工程属于A类高度的房屋建筑，抗震设防烈度为8的剪力墙结构，当建筑总体高度低于80．0m时，剪力墙的抗震等级可按照二级进行设计。按照上述资料和相关数据，并对工程所在地的其它影响因素进行充分考虑后，可对本工程的结构进行如下布置，具体如表1所示。表l工程结构的具体分布2高层剪力墙结构优化设计要点2．1结构布置通常情况下，高层建筑结构的布置主要包括平面和竖向两方面内容。JGJ3—2010规范中，详细规定了高层建筑的结构平面布置要求，其形状应当

4、尽可能简单、规则，同时要减少偏心，承载力与刚度应比较均匀，不得使用不规则的平面布置且长度不宜过长，凸出部分不宜过大，平面尺寸的比值限值如表2所示。本工程的长、宽分别为31．2m和15．9m，两者的比值，即L／B=I．96，该值小于5．0的限值：结构凸出部分也符合规范要求。JGJ3—2010中对结构的竖向布置也进行了明确规定，要求结构的竖向应当规则、均匀，不得存在过大的收进和外挑，侧向刚度应当上小下大。2．2剪力墙设计参数的优选2．2．1振型组合数。在进行剪力墙结构的抗震设计时，必须要考虑振型组合数，选

5、取适中的数值，确保计算结果的准确性，缩短与工程实际的差距。由于振型组合数与建筑高度、结构层数、结构复杂程度等因素有着直接关系，所以当建筑结构为多塔楼结构或结构有突变的情况下，有必要适当增加振型组合数的选取。当前，我国对A级高度高层没有作出特别规定，但是对B级高度高层建筑在《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)中有具体规定，即振型数≥15，多塔结构的振型数必须超过塔楼数的9倍，并且各振型的参与质量之和必须超过结构总质量的90％。通常情况下，对于结构刚度有突变、结构层数多的建筑设计而言，应选

6、择多一些的振型数。在本工程中，高层建筑高度符合A级高度高层标准，平面和竖向无突变，可按照JGJ3—2010中对B级高度高层的相关规定，选取15个振型组合数。2．2．2周期折减系数。在分析计算高层建筑结构时，往往只重视对剪力墙、筒体、柱、梁等主要结构构件的分析计算，而没有考虑非承重结构构件的刚度。在这种情况下，计算所得的自振周期会比实际自振周期略长，从而导致计算的地震力偏小，增加了结构的不安全性。针对这一现状，有必要在结构计算时适当折减结构自振周期。经研究结果显示，填充墙的大量使用会对结构自振周期产生较

7、大影响。尤其对于实心砖填充墙而言，因其刚度明显大于框架柱的刚度，致使实际测得的结构自振周期数值一般只能达到计算值的50％-60％。然而在剪力墙结构中，受剪力墙刚度较大的影响，使得计算值与实测值并无较大差距。根据JGJ3—2010中的相关规定，高层剪力墙结构的周期折减系数为O．8一1．0。在本工程中，对周期折减系数的取值为STAWE软件的默认值，即0．95。2．2．3连梁折减系数。相关理论与工程实践表明，在剪力墙结构中，连梁对剪切变形较为敏感，故此在结构设计时，很容易出现连梁超限的情况。为了避免这一问题

8、的发生，可在承受竖向荷载不受影响的前提下，允许连梁出现一定程度的开裂，并将内应力转移至墙体上。需要特别注意的是，连梁的折减系数不宜设置的太小，在本工程中，为防止连梁开裂的幅度超限，连梁的折减系数应当大于0．55。2．2．4中梁刚度的放大系数。在高层建筑施工中，梁和楼板通常为整体浇筑，梁的材料性质、现浇楼板的厚度、结构跨度等因素对梁的刚度有着直接影响。在楼板采用无限刚假定的情况下，可将楼板作为梁的翼缘，采用梁刚度与放大系数相乘的方式考量楼板对梁刚度的贡献，