高层住宅建筑的剪力墙结构优化设计的探讨

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1、高层住宅建筑的剪力墙结构优化设计的探讨【摘要】建筑设计的经济质量与技术质量同等重要，通过建筑结构设计优化可以提高建筑结构设计产品的品质，达到安全耐久性和经济性的统一。　　【关键词】优化设计高层住宅剪力墙安全经济　　　　一.前言　　近年来高层住宅小区大量普及，在高层住宅的各类结构体系中，钢筋混凝土剪力墙结构从结构安全、使用功能、施工管理、设计成本多方面考虑其性价比及经济指标很好，因而成为高层住宅设计中常用的结构形式。由于其量大面广，如何正确处理技术性和经济性的关系，做到既保证结构的安全和质量，又节省

2、投资，成为设计人员面临的挑战。贯彻于建筑结构设计的全过程的优化设计可以实现这一目标。优化设计是在确保结构安全及建筑使用功能的前提下，通过合理的结构布置、科学的计算论证、适度的构造措施，充分发挥材料性能，合理节约造价，将有限的材料资源配置到能充分发挥其作用的关键部位。在不降低结构安全的情况下，做到技术可行、经济合理。高层住宅建筑剪力墙体系在各个阶段的优化目标、措施和控制点如下：　　二.方案设计阶段：　　方案设计阶段是结构优化设计的首要也是一个重要环节，此阶段结构设计工程师通过与建筑师应充分沟通，对建

3、筑的平面布置、立面造型、柱网布置等提出合理的建议和要求，使结构的高度、复杂程度、不规则程度均控制在合理范围内，避免抗震审查不合理，为降低含钢量争取主动权，同时避免出现为不合理的奇形异状增大不必要的投资。　　建筑方案合理布置应尽量避免平面凹凸不规则或楼板开大洞；应控制平面长宽比；应合理设缝；应使结构刚度中心与质量中心尽量靠近以减小扭转效应；在建筑竖向应避免有过大的外挑或内收；应控制高宽比。以上几点都是增加单位面积用钢量，影响建筑造价的宏观控制因素，优化设计时应多方考虑。　　在住宅平面布置时利用剪力墙

4、的合理布置，调整平面偏心及楼层刚度，应选择合理对称、均匀的墙间距，使板、梁、墙的受力合理，以降低构件的用钢量。住宅中小开间剪力墙结构的作用不能得到充分发挥，过多剪力墙还会导致较大的地震作用，可考虑采用大开间结构体系，既节约造价，又便于建筑灵活布置。　　三．初步设计阶段：　　在此阶段主要工作是优化结构布置，确定结构构件尺寸和混凝土强度等级。按符合结构实际受力状态的结构计算程序上机试算。通过对结构体系、结构布置、建筑材料、设计参数、基础型式等内容的多方案技术经济性比较，对设计进行调整优化，选出最优方案

5、，整体控制含钢量。　　1.剪力墙布置优化：　　在高层剪力墙住宅建筑标准层单位面积含钢量中，剪力墙墙身用钢量约占45%-65%,剪力墙边缘构件用钢量约占30%-50%(该数据为7度区的统计数据，以下同)，因此剪力墙布置的优劣直接关系到整个结构的经济指标。剪力墙布置的基本原则是:尽量减少剪力墙数量，且各墙肢布置时应考虑如何减少边缘构件，以期通过布置较少的抗侧力构件获得满足规范要求的抗侧、抗扭刚度。具体措施如下:a.强周边，弱中部原则，这样布置可以便于提高主体结构的抗扭刚度，控制结构的周期比与位移比，同

6、时有利于建筑外墙防水。b.多均匀长墙(长度≤8m)，少短墙，通过加长剪力墙墙肢长度，减少剪力墙数量，使结构整体抗侧刚度增加，边缘构件数量减少，且由于墙间距拉大，增加了建筑平而布置灵活性。c.多L形、T形、十字形墙肢，少复杂形状转折在布置剪力墙时，应考虑剪力墙连续转折及小墙垛布置对边缘构件的影响，减少暗柱数量及避免设置不必要的大暗柱，因墙体转折处必须设置暗柱。d.多连续，少半框，应尽量将结构两个方向的剪力墙通过连梁或框架梁连成整体，形成贯穿整个结构宽度或长度的抗风、抗震结构，避免独立墙肢或半框

7、架墙肢出现，这有利于增加结构的整体抗侧刚度，从而以较少的剪力墙布置量来满足层间位移角限值要求。e.各墙肢轴压比宜接近：如此可避免通过连梁或框架梁来调整各墙肢的轴向变形差，使梁配筋量增大，甚至配筋困难。　　2.梁板布置优化：　　应选择经济合理的楼盖体系。在高层剪力墙住宅中，一般梁板的标准层单位面积含钢量约占建筑总用钢量的35%-55%,所以梁板布置也不容忽视。对高层住宅，荷载一般不大，楼板绝大多数均为构造配筋，板厚就决定了楼板用钢量的大小，所以楼板厚度一般按挠度、裂缝及板内设备穿管的最低要求取值，不

8、必过厚。楼层梁布置时，应保证梁具有简单明确的传力路径，避免多重次梁、多次传力的情况。不宜设置高连梁，建筑的洞口顶可设置后浇过梁，再砌梁上填充墙;较小跨度(3.6m以内)的板上有隔墙或开有洞口时，墙位置或洞口边可不设置梁，可在板内设置加强筋的方式予以解决，这样可降低由于设置梁而出现受力复杂或设置梁构造配筋而增加用钢量的情况。　　施工图阶段：　　施工图是工程设计的最终产品，是现场施工实施的技术文件，在此阶段更要考虑结构优化设计，通过与其它专业的密切配合、精确的荷载计算、细致的模型调整，