浅谈高层剪力墙结构的优化设计

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1、浅谈高层剪力墙结构的优化设计　　【摘要】随着建筑高度的不断提升，高层建筑剪力墙结构由于结构整体性和刚度好等优点而广泛应用，本文根据某高实例分析对结构设计进行分析探讨，仅供同行指导交流。【关键词】高层建筑；剪力墙；结构；设计　　1项目实例　　某高层建筑项目位于石家庄市，总建筑面积万m2，由6栋超高层住宅、3栋多层住宅、裙楼、及2层地下停车场组成。本文针对3#为案例分析高层建筑的结构设计。　　3#楼建筑高度为，地上30层，其中一层高为，二层层高6m，三层层高为，四层以上层高为3m，该建筑采用部分框支剪力墙结构，转换层设在第三层，采用梁式转换。　　

2、　　2设计依据及主要计算参数取值　　本工程结构设计以国家和广东地区的相关规范和规程为依据。本工程主要计算参数取值如下：本工程为丙类建筑，结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度为；场地类别为Ⅱ类，地震影响系数最大值为，特征周期为，弹性时程分析所取的地面运动最大加速度为55cm/s2；位移计算时采用50年一遇的基本风压/m2，构件强度设计时采用100年一遇的基本风压/m2，风荷载体型系数取，地面粗糙度为A类。　　3建筑结构布置　　本工程为综合建筑，1～3层为商业及住宅大堂，建筑对底下3层的柱墙的布置有严格

3、的要求，而上部住宅则要求室内方正适用。为满足上述要求，结构采用部分框支剪力墙结构。上部住宅结构布置时利用外墙、楼梯间和电梯间围护墙、分户墙、部分不妨碍建筑使用功能的户内隔墙，布置钢筋混凝土剪力墙。针对1～3层建筑需要大开间的要求，结构在建筑4层楼面标高处采取梁式转换的形式来实现。　　　　4超限情况和超限应对措施　　本工程结构体系复杂并采用高位梁式转换，存在高宽比及长宽比超限等问题，进行了超限高层建筑工程抗震专项审查。针对超限情况，设计中采取了一系列措施，总结如下：　　在计算上采用两种符合实际情况的空间分析程序进行分析比较。　　采用弹性时程分析

4、方法进行多遇地震的补充计算。　　采用静力弹塑性分析方法补充分析结构在罕遇地震下的变形反应。　　　　5结构计算的主要结果汇总及对比分析　　结构计算程序　　本工程结构整体计算采用SATWE和PMSAP程序进行计算分析。　　程序使用的注意事项　　程序平面输入时应注意人工指定框支柱、框支梁。在平面输入时应正确指定转换构件，确保程序计算时能按相关规范规定，对转换梁、框支柱在水平地震作用下的计算内力进行放大。　　对于一字形墙肢出现与其平面外方向的楼面梁连接时，为抵抗梁端弯矩对墙的不利影响，在程序计算中将梁与墙相交处作铰接处理，减少梁对墙产生的平面外弯矩。

5、此时，在墙与梁相交处设置暗柱，并按计算确定其配筋。　　主要计算结果及对比分析　　建模计算时上部结构的嵌固端设在地下室顶板，分析中考虑了偶然偏心和双向地震作用，振型组合方法采用考虑扭转耦连的CQC方法。　　通过计算最后得到前6阶模态振型的振动周期结果。两个程序计算得到的第一、第二周期T1、T2分别为x、y方向的平动周期，第三周期T3为扭转第一周期，T3/T1小于规范的限值，表明该结构具有良好的抗扭转能力，符合抗震概念设计的要求。根据计算，扭转周期比满足要求，有效质量系数满足要求。　　通过计算得到的结构最大响应位移、最大层间位移角及最大位移比均满

6、足要求，地震作用下的剪重比在正常范围内。　　转换层上、下层侧向刚度比：本工程在结构三层位置设梁式转换，转换层上下结构刚度比应满足JGJ3-XX附录E第条的规定。由计算结果知转换层与下部结构的等效侧向刚度比γex=、γey=均小于，满足规范要求。转换层与相邻上部楼层侧向刚度比为X向72%、Y向62%均大于60%，满足规范要求。　　弹性时程分析主要计算结果及对比分析：时程分析采用厦门地震勘测研究中心提供的7条小震的地震波，其中2条人工波，5条天然波，结果显示见图3、图4。①每条时程曲线计算所得的底部剪力结果大于振型分解反应谱法计算结果的65%。②

7、多条时程曲线计算所得的底部剪力平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%。　　本工程取七组时程曲线进行计算，结构地震作用效应取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值，由图3、4知振型分解反应谱法计算结果较大，故本工程采用振型分解反应谱法计算。　　　　6结构抗震性能综合评价　　本工程属于不规则超限高层建筑。由于在结构设计中采取了较为合理的结构布置，并对结构的薄弱处采取了有效的构造措施，同时对局部重要的构件采用中震弹性设计及中震不屈服设计，从而减小了结构不规则性带来的不利影响，使结构仍然具有较好抗震性能。　　两个程序计算结果基本

8、一致，只是由于在单元模型上、刚域处理上的差异，使计算结果在数值上存在一定的差异，但均在工程可接受的范围内。　　7结论　　本文结合工程案例，阐述了高层住宅项目的结构设