高层剪力墙结构墙体的优化布置_王宁

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1、天津城市建设学院学报第18卷第3期2012年9月JournalofTianjinInstituteofUrbanConstructionVol.18No.3Sep.2012土木工程$高层剪力墙结构墙体的优化布置王宁，罗兆辉(天津城市建设学院土木工程学院，天津300384)摘要：剪力墙在现代高层住宅中应用普遍，由于经济投资较大，结构性能要求高，对其进行结构优化设计不仅可以降低工程造价，而且节约材料，因此对高层住宅剪力墙进行结构优化设计意义重大．本文采用PKPM建立模型，通过改变剪力墙厚度和数量，建立不同的模型，经对比计算结果

2、，寻求从抗震角度来讲受力最合理、从经济角度来讲又最节省的布置方案．关键词：高层建筑；剪力墙结构；剪力墙厚度；剪力墙数量；自振周期；层间位移角；结构优化中图分类号：TU973.16文献标志码：A文章编号：1006-6853(2012)03-0187-05剪力墙结构体系是高层住宅中常见的结构形初就应该做好结构的选型工作．对于层数较少(20层式．据有关数据统计，我国已建的高层住宅建筑中，以下)的高层住宅，往往采用短肢剪力墙结构；对于[1]剪力墙住宅占到了72%以上．由于高层住宅关乎人层数较多(20层以上的)的结构，采用一般剪力墙

3、结民的切身利益，故对其建筑功能的要求较高；又因其构；对于底部大空间的高层建筑，一般采用底部框支[2]经济投资较大，所以要对其进行结构优化设计，尤其剪力墙结构．是对高层剪力墙住宅中的剪力墙布置进行优化设计．1.2剪力墙数量优化这样不仅可以降低地震作用、减轻结构自重、增强结在剪力墙结构中，剪力墙的数量与结构的抗震性构的抗震功能，还可降低工程造价．能密切相关．在地震区的高层建筑，如果剪力墙数量在高层建筑中，结构自重主要由墙体和楼板组过少，结构抗侧刚度过小，房屋变形便会增大，从而成．除结构自重外，由风或地震作用引起的水平荷载会影响

4、到房屋的正常使用功能；但如果剪力墙数量过起主要控制作用．结构体系优化与否，需综合考虑结多，或墙肢长度不变而墙肢厚度过大，结构抗侧刚度构的总体刚度、结构两主轴方向的主体刚度是否接就会过大，结构自振周期便会缩短，地震作用加大，近、变形特征是否合理、楼层扭转位移比是否符合规这样不但使上部结构内力增大，材料耗用也增大，相范要求、单位面积自重是否合适、墙体厚度及其布置应也会造成基础设计困难，在经济上也不合理．改变是否合理等因素．剪力墙的数量既可表现为在既定建筑方案(也即门窗高层剪力墙结构中，如何合理布置剪力墙，并找洞口位置不变和墙肢

5、长度不变)的情况下，改变墙体到一个最合适的结构的抗侧刚度，使地震作用尽可能厚度；也可表现为在墙体厚度不变的情况下，改变墙小，又能满足正常使用要求，同时达到降低工程造价肢长度和数量．[3]的目的显得尤为重要．上述问题可归结为剪力墙布置1.3剪力墙刚度优化的优化问题．设计变量是结构的抗侧刚度(或剪力墙的截面特征量)，目标函数是地震作用，约束条件是变形限1剪力墙布置的优化原则制，优化后的结构刚度应满足并接近结构的最大允许变形.1.1结构选型优化以天津市某小区的一栋高层剪力墙为例，取地震对于一个高层建筑(住宅)工程的设计，设计师最

6、作用为目标函数，结构的抗侧刚度为设计变量，选择收稿日期：2012-04-27；修订日期：2012-06-26作者简介：王宁（1985—），女，陕西延安人，天津城市建设学院硕士生.·188·天津城市建设学院学报2012年第18卷第3期适当的约束条件，通过逐步改变墙体厚度和数量来得250,mm，如图1所示．到一个最优的结构抗侧刚度，使整个结构处于最佳受在第一种方案的基础上，将剪力墙的厚度改为力状态，并且达到最经济的目的．200,mm，剪力墙数量和长度不变，得到第二方案，平面同图1．2模型的建立2.2优化后的方案模型在第二方案的

7、基础上，不改变剪力墙的厚度，而本方案模型为10层剪力墙住宅结构，无地下室，在剪力墙的数量布置上稍作改变，将个别剪力墙删建筑高度为32,m．去，部分分户剪力墙缩短，减少中心筒附近的较多的剪力墙，调整X、Y方向的抗侧刚度，得到第三方案，2.1优化前的方案模型第一种布置方案：根据所提供的建筑资料和高层如图2所示．剪力墙结构布置的基本原则，初步布置剪力墙，墙厚图1方案一的结构标准层剪力墙布置（方案三是在方案一的基础上将电梯筒左边的墙肢去掉，下边的墙肢缩短来得到的）图2方案三的结构标准层剪力墙布置构优化设计的影响．3优化前后三种模型

8、计算结果对比分析3.1动力特征采用中国建筑科学研究院编制的SATWE软件分3.1.1结构振动周期别对三种模型进行计算，通过对结构动力特征、内力三种结构方案对应前16个振型计算的自振周期特征、变形特征等指标来分析剪力墙布置的改变对结如表1所示．天津城市建设学院学报王宁等：高层剪力墙结构墙体的优化布置·18