建筑剪力墙结构优化设计探讨

建筑剪力墙结构优化设计探讨

发表时间：2016-07-08T16:25:52.590Z 来源：《基层建设》2016年6期作者：黄则利[导读] 本文结合作者近年工作经验，从现代建筑工程剪力墙结构设计入手，对于建筑剪力墙的结构优化设计进行了分析。

浙江嘉华建筑设计研究院有限公司

摘要:本文结合作者近年工作经验，从现代建筑工程剪力墙结构设计入手，对于建筑剪力墙的结构优化设计进行了分析。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；优化设计 1引言

近年来, 人们生活水平和经济发展得到了不断的提高, 对住宅, 尤其是高层住宅平面与空间的要求也越来越高。如果用框架结构, 通常因柱楞突出隔墙, 不美观,对使用效果产生影响。如果采用剪力墙结构, 虽然柱体不会外凸, 但对于楼底有停车场等大型公共设施的情况存有很大的问题, 而且, 小高层建筑因房屋高度不太高, 采用剪力墙结构会造成过大的刚度, 重量增加, 会引起地震反应过强, 从而提高了上部结构和基础造价。因此, 怎样把建筑剪力墙结构的优化设计做好, 真正做到在技术先进的基础上经济合理是结构设计人员一个很大的挑战。 2建筑剪力墙结构设计简析

建筑剪力墙结构设计是一种系统性的设计工作，这主要体现在设计重要性、设计原则、设计前提、设计特点等方面。下面从几个方面出发，对建筑剪力墙结构设计进行分析。

2.1 设计重要性

在现代建筑工程中，剪力墙结构设计是非常重要的。众众所周知，高层建筑是社会生产发展的产物，是人们生活的需要，并而它本身也是现代商业化工业和城市化发展的必然产物。建筑剪力墙结构设计在很大程度上反映了一个国家的科技经济发展水平。其次，随着我国经济的发展和社会的进步，城市人口密度的不断提高，高层建筑逐渐成为当今建筑发展中最重要的发展趋势，它已成为城市现代化的标志。因此，为了有效地满足高层建筑抗震性能，对剪力墙结构的研究具有重要的理论和现实意义。

2.2设计原则

剪力墙结构的刚度，良好的完整性，在水平荷载作用下的变形很小，剪力墙设计计算是在水平和竖向作用下的结构分析，梁框架剪力墙的调整与计算，有一种加固设计的选择。剪力墙跨高比不应小于2.5，否则容易出现剪力和弯矩超过规定限值，梁弯矩和剪力调整后的设计值应不小于使用值，该组合的弯矩设计值低、强度低、设防烈度低的强度应不低于设计值的弯矩，否则会很危险；剪切变形的控制是由竖向构件的数量决定的。高层建筑应尽可能减少扭转变形，但也不能只根据这些层之间的位移和不盲目增加垂直构件的刚度，在工程实践中，一些设计人员可能不满足要求的位移的层在一定方向，将继续增加该项目的横向刚度；楼板的刚度可以看作是在它自己的平面上的无限，而平面外的刚度很小，可以忽略；根据结构型式和受力情况，加强了剪力墙两端及洞口两侧的边缘，根据墙肢，重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比和加强件的要求，可分为约束边构件的设计和结构的设计。

2.3设计前提

建筑剪力墙结构设计有重要性的前提。高层建筑剪力墙结构本身的设计有很多的概念和原则。打个比方来说，一个设计师在设计一幢高层建筑的时候可以将这一建筑当作一根竖直放置于地基的开孔带。第二，由于高层建筑大多是大空间结构，房屋的剪力墙不仅需要承担所有重力荷载的作用，并且在这个前提下仍需要保持稳定。与此同时，同时，由于高层建筑的剪力墙结构也需要保证各种室内的装饰、填充墙等，在地震等问题上不会被损坏，人们还需要提供一个舒适的环境，人们工作和生活的建筑，因此把剪力墙的设计可能出现的变形控制在一定范围内。

2.4设计特点

建筑剪力墙结构设计有其独特的特点。剪力墙结构具有大的刚度，钢的使用量。众所周知，在水平力作用下，剪力墙结构的侧向变形往往容易弯曲，并且由于剪力墙结构的竖向荷载和水平荷载较大，结果高层建筑的剪力墙结构在很大程度上具有良好的整体性和横向刚度。然而，在这个过程中，它是需要注意的，高层建筑剪力墙结构是不能够提供一个大的空间，住房和结构延性通常也是很差的，因此，在很大程度上限制了高层建筑剪力墙结构设计空间，例如，很多高层建筑里面的房屋只能是小房间的基础，这与高层建筑剪力墙结构设计限制有很大关系。在高层住宅、宾馆、住宅楼、房间和房间都小，隔离墙多，采用现浇剪力墙结构，可以将承重墙和隔墙组合成一体，相对更经济。此外，现浇剪力墙结构，室内比结构简单框架节点不露梁冀鲁柱的现象，外形美观，容易的室内布局。 3实例分析

3.1工程概况

某住宅小区总建筑面积为108000m2, 其中住宅建筑有9栋。通过对一栋住宅楼进行结构设计分析, 找到可以提高优化的地方,可以使结构设计得到一定的优化，提高建筑产品的性价比，降低单价造价和整个工程造价。住宅楼建筑结构设计分析为地下二层, 地上十六层的纯剪力墙结构。总建筑面积约为2万平方米, 地下二层为车库和物业办公室, 层高均为3.6 m;首层为商业区, 层高3.4m;二层及以上的为住宅区, 层高为2.8m。建筑类别为丙类。Ⅲ类场地, 土质不太均匀, 在地质勘探报告中，建议做CFG桩处理。

3.2结构整体计算

3.2.1 整体计算结构

结构自振周期(取前三个振型)见表1

3.2.2结构整体合理性判断

(1)最小楼层剪重比大于规范容许的“最小楼层地震剪力系数值”较多, 结构整体布局还有可优化的空间。

(2)结构平均重量: 242 823/ (1 062×18) =12.6kN/m2, 合理。

(3) X方向楼层最大层间水平上的位移与本楼层相对位移最大比值为1.63, 偏大,但在规定的范围之内。

3.3地基处理

因主楼和周围的地下车库的基础底部纵向压力相差甚大, 对降低两者的沉降差进行了考虑。地质勘探报告还建议对地基作CFG处理。但是, 如果甲方担心该桩施工期的影响, 需要尽可能多地利用天然基础。经各方商议一致, 在使用其他可靠措施的情况下，保证结构的安全,地基处理也可不需进行。

3.4基础设计

基坑底标高-9.800m, 基底板厚为0.76m, 采用刚性计算, 以减少钢筋用量。

3.5剪力墙的用量分析

墙厚根据规范和工程层数, 层高的取值如下:首层及地下层250 mm , 二层及以上外墙250 mm, 内墙200 mm。设计配筋采用的方法是配筋法。考虑到节约成本的观点,可从以下几个方面适当调减钢筋:

(1)暗柱、连梁根据计算结构按使用要求进行配筋, 其中, 墙体的分布与最小配筋和其它结构的要求是一致的。

(2)地下室外墙的水平分布筋为 14@ 100 (二级), 可适当减少。

结束语：

结构整体计算中, 剪切量比较大, 结构整体布置有可能继续优化。在保证结构安全的前提下，采取相应措施, CFG桩地基处理可不做;另外, 暗柱配筋也可适当调整变化点。优化的目的主要是为了降低工程造价, 但不是原来的增加安全储备减少，但在确保整个结构的安全性，可靠性的一致性，所以在经济上合理。

参考文献：

[1]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3 -2002)〔S〕北京:中国建筑工业出版社, 2012,1.45-47.

[2]建筑抗震设计规范(GB50011 -2001)〔S〕北京:中国建筑工业出版社, 2013, 20.78-80.

[3]李郭生, 高层钢筋混凝土结构设计手册(第二版)〔M〕北京:中国建筑工业出版社, 2013, 16.32-45.