上海某住宅楼工程剪力墙结构优化设计

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1、上海某住宅楼工程剪力墙结构优化设计上海某住宅楼工程剪力墙结构优化设计摘要：剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，被广泛运用于现代高层建筑领域。本文通过对上海某住宅楼工程剪力墙结构优化设计介绍，论述了高层结构设计中有关结构体系选取的重要性及在建筑平面不规则情况下设计中采取的措施。通过对其结构体系选择及计算结果的分析，阐述了剪力墙结构体系优化的关键在于墙肢的选择和布置。正在建设中的某住宅小区大楼是一栋由2个独立单元组成的高层住宅开发项目，建设场地位于某开发区。工程设计为地面l8层，地下1层。顶层层高2．88m，其他各层高为2．8m，建筑总

2、面积，总高度为52．6m。本建筑物抗震设防分类为丙类，本地区抗震设防烈度为7度，剪力墙抗震等级为4级，基本风压取值为0．35kN／m2，地面粗糙度为c类，工程所在地属于Ⅱ类场地土。原结构方案剪力墙布置不合理，造成刚度过大且不均匀，重量增加导致地震反应增强，并使上部结构和基础造价提高。结构布置见图1。优化的结构方案尽量使结构平面形状和刚度均匀对称。短肢剪力墙双向布置，尽量拉通、对直。竖向布置中，力求规则均匀，避免有过大的外挑、内收，以及楼层刚度沿竖向突变，使整个房屋的抗侧刚度中心靠近水平荷载合力的作用线，以免房屋发生扭转。根据建筑的平面布

3、置，在房间、楼梯间、电梯间的四角采用z形、L形T形或异形的墙肢。在设计过程中还应注意同周期的关系，使结构的第一自振周期避开场地特征周期，以免地基与结构形成共振或类共振。既保证结构在风和地震荷载作用下的变形控制在规范允许的范围内，又要保证建筑物有相对合理的自振周期，做到结构设计经济、合理(优化结构布置见图2)。3．1分析软件介绍SA是专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间结构有限元分析软件，适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙、筒体结构等，也适用于混凝土一钢混合结构和高层钢结构。3．1．1SATWE的计算模型SATW

4、E是用墙元来模拟剪力墙。SATWE中的墙元是在板壳单元的基础上构造出的一种通用墙元，它采用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去，将其刚度凝聚到边界节点上，从而保证了墙元的精度和有限的出口自由度，而且墙元的每个节点都具有空间全部6个自由度，可以方便地与任意空间梁、柱单元连接，而无需任何附加约束，同时也降低了剪力墙的几何描述和板壳单元划分的难度，提高了分析效率。板壳单元是目前模拟剪力墙的最理想单元，SATWE选用这一单元并对墙元的细分和墙上开洞作了自动化处理。3．1．2SA啊E在对楼板的处理上采用了四种不同的假定①刚性楼板。假

5、定楼板平面内无限刚，忽略楼板平面外刚度。其中“假定楼板整体平面内无限刚”多用于常规结构；“假定楼板分块平面内无限刚”适用于多塔式错层结构。②弹性楼板6。“弹性楼板6”采用壳单元真实计算楼板平面内和平面外刚度，适用于板柱结构和板柱一抗震墙结构。③弹性楼板3。“弹性楼板3”假定平面内刚度无穷大，面外刚度真实计算。适用于厚板转换层结构。④弹性膜。“弹性膜”采用壳单元真实计算楼板平面内刚度，忽略楼板平面外刚度，适用于空旷的工业厂房和体育场馆结构、楼板局部开大洞结构、楼板平面较长或者有较大的凹入以及弱连接结构。为提高计算效率，在保证一定的分析精度

6、的前提下，针对不同类型的工程。采用不同的楼板假定。3．2结果分析从构件力学特性上来说，短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5，更接近于剪力墙，故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。SATWE采用的是在每个节点有Ⅵ个自由度的壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙墙元不仅具有平面内刚度也具有平面外刚度。可以较好地模拟工程中剪力墙的真实受力状态。计算结果较精确；同时，对楼板SATWE可以考虑其弹性变形。虽然主楼结构平面较规则，立面也无刚度突变现象，但由于刚度较大的电梯井处简体有点偏置，会产生扭转的影响。为了计算准确，地震作用计算考虑了结构的扭

7、转耦联和5％偶然偏心的影响，取了20个振型计算。3．2．1自振周期的控制考虑扭转耦联时的自振周期(计算时自振周期折减系数取0．95)，如表1(只列了前8个)所示。从表1可得，优化方案结构扭转为主的第一自振周期T4=O．6545s，平动为主的第一自振周期Tl-2．0836s，L=o．31413．2．2结构位移的控制风荷载、地震荷载作用下最大层间位移角f应≤1／1000)、最大水平位移与层平均位移的比值(不宜大于1．2’不应大于1．5)及最大层间位移与平均层间位移的比值(不宜大于1．2，不应大于1．5)见表2、表3。从表2、表3中可以看出结

8、构在风荷载和地震作用下的位移均能很好地满足规范限值。3．2．3剪重比、刚重比控制剪重比是反映结构承受地震作用大小的指标之一。地震力计算不能偏大，但也不能太小，因为短肢剪力墙本身抵抗地震的能力较差。如果短肢剪