某剪力墙结构优化设计

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1、某剪力墙结构优化设计【】钢筋混凝土结构的单位面积用钢量是关系到建设项目投资方经济收益的决定因素之一，结构设计应在保证结构安全并满足设计规范构造要求的前提下努力实现用钢量的节省，本文通过对某剪力墙结构住宅楼的结构优化设计,探讨了钢筋混凝土剪力墙结构的优化设计方法。　　【关键词】剪力墙结构；结构布置；优化设计；配筋构造　　　　1引言　　随着国民经济的不断发展，房地产开发蓬勃发展，成为支柱性产业；同时，房产开发商之间的竞争日趋激烈。在住宅项目的开发中，房屋的土建造价的高低，将直接影响房产开发项目的经济效益。而房屋的单位面积用钢量的

2、大小是影响土建造价的决定性因素。现在内行的投资方在签署委托设计合同时往往会提出对含钢量的限量条款。笔者认为只要该限量合理科学，就不应认为是苛刻条件。结构设计在保证结构安全、各项配筋构造符合现行规范要求的前提下，使单位面积用钢量处于一个合理水平，不仅是设计者的职责，也是衡量设计单位技术水平和市场竞争力高低的重要标志。　　桂林地区设防烈度6度,水平地震影响系数最大值αmax=0.04,特征周期Tg=0.35s。本文以一栋14层高，采用剪力墙（短肢）结构的住宅楼为例,简述此类工程优化设计方法。　　2工程概况　　工程为一座14层住宅

3、建筑，一层为架空停车及设备用房，上部为居住建筑，出屋面塔楼2层，其中3～13层为标准层。原设计结构布置（标准层）见“图1”，建筑剖面见“图2。　　　　图1原设计结构布置图（标准层）　　　　图2剖面图　　3地基与基础　　拟建场地内下覆泥盆系上统融县组灰岩。建筑的场地类别为Ⅱ类，场地内无液化土层。从本工程地质资料分析，岩石层较浅，岩石层上面有硬塑红粘土层和可塑红粘土层及软塑红粘土层，上部土层不均匀。因此采用沉管灌注桩基础，地基基础设计等级为乙级。桩径D=500mm，桩尖支承在灰岩上，单桩承载力标准值为600kN（灰岩极限桩端阻力

4、标准值为7000Kpa,灰岩桩端承载力特征值fak=3500Kpa）。平均桩长10m，最后桩长应以贯入度控制，贯入度为3～5mm。　　优化设计采用的基础形式与原设计相同，根据上部荷载标准值确定桩数。布桩时尽量使桩处于墙体下，这时承台避免受剪甚至抗弯，其厚度可较小，采用构造配筋率配筋则其配筋量就较少。但大多情况下，布桩无法都设在墙体下，而使承台受剪受冲切，为了满足其受剪受冲切，设计中适当加大承台厚度，而不宜采用增加配筋来满足其抗剪或抗冲切要求，以达到减小用钢量的目的。此外，由承台混凝土来满足抗剪或抗冲切后，承台的配筋就可采用低

5、配筋率而不应也没必要提高配筋率（通常采用0.15%的配筋率）。　　4上部结构优化设计　　建筑物抗震重要性为丙类[1]。抗震设防烈度为六度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组；结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别二类；采用(短肢)剪力墙结构(剪力墙全部落地)。框架梁抗震等级为四级，剪力墙抗震等级均为三级（满足《高规》[2]7.1.2条规定）。　　4.1结构布置优化　　本工程影响用钢量的宏观因素已经确定，如平面长度尺寸、长宽比、高宽比等；结构的梁、板平面布置根据建筑的使用功能确定，梁板的布置仅局部修改，使传力

6、更加明确合理。结构布置的优化主要在于剪力墙的布置优化。　　本工程虽竖向体型规则，但平面形状为不规则平面，基于概念设计，结构设计采用如下措施改善结构性能：　　4.1.1取消部分楼、电梯间剪力墙以减小中部抗侧力构件的刚度，适当加长角部及边部剪力墙，改善结构抗扭性能，且可限制差异位移。　　4.1.2减小中部部分墙肢长度。本工程一层为架空停车及设备用房，墙肢较短时对建筑功能的使用更加有利，在结构总体性能要求得到满足，且严格控制短肢剪力墙轴压比满足规范要求的前提下，适当减小墙肢的长度。　　优化后的结构布置图（标准层）见图3。采用SAT

7、系列软件[3]导算荷载时也未考虑扣去重叠部分板重。计算表明，由于计算中未注意扣除梁板重叠部分的板重而引起的总重力荷载的增大的误差通常有10%～20%左右；计算墙的自重时，同理要注意扣除墙板重复部分的板重，此重叠部分引起的总重力荷载的增大的误差通常也有5%左右。　　以板厚为100mm为例，混凝土容重取25kN/m3,软件自动导算的梁自重比梁实际自重（包括抹灰自重，抹灰厚度按15mm,容重17kN/m3）增大，增大系数为β，见“表Ⅱ”。因为软件导算板面荷载　　时梁板重叠部分的自重被重复计算，此部分荷载与梁上的抹灰（装修）自重相抵

8、消，且还有富裕，所以，在SATCAD工程部.SATWE用户手册及技术条件，2005年4期　　[4]建筑结构荷载规范（GB50009-2001）.北京:中国建筑工业出版社,2002　　[5]混凝土结构设计规范（GB50010-2002）.北京:中国建筑工业出版社,2002　　[6]郁彦,高层