高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

1、<p>　　高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　【摘要】隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑越來越多，在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，要實(shí)現(xiàn)建筑效能的最大化發(fā)揮，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須打破常規(guī)，采用空間布置法，實(shí)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，而出于經(jīng)濟(jì)因素分析，剪力墻結(jié)構(gòu)則是進(jìn)行高層住宅設(shè)計的首選。 </p><p>　　【關(guān)鍵字】高層、剪力墻、住宅結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計 </p><p>

2、;　　中圖分類號：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　近年國家對各地區(qū)的結(jié)構(gòu)抗震性能要求逐漸提高，人們對住宅使用功能要求越來越高，以及房地產(chǎn)開發(fā)單位對項(xiàng)目造價的嚴(yán)格控制。由于框架結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中框架柱截面較大對建筑使用功能存在較大的影響。在一般高層房屋住宅建筑結(jié)構(gòu)選材和結(jié)構(gòu)形式上有了嚴(yán)格的要求，即高層住宅

3、中混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)得到充分利用并受到人們的越來越多的關(guān)注。 </p><p>　　二、高層住宅混凝土剪力墻布置方式、經(jīng)濟(jì)分析、優(yōu)勢分析 </p><p>　　1、高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻布置方式 </p><p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)一般都是應(yīng)用于超高建筑和高層建筑，而在高層建筑結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)位移是結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個主要指標(biāo)。其中包括層間位移比和豎向?qū)娱g位移角。另外，伴隨著住宅

4、建筑高度的不斷的增加，水平的荷載作用效應(yīng)起主要控制作用。而剪力墻在平面內(nèi)有很大側(cè)移剛度，所以剪力墻是承載著來自高層建筑的絕大部分的水平作用和水平剪力。 </p><p>　　在超高層建筑和高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度來控制結(jié)構(gòu)位移和層間位移角，而通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度來控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移。剪力墻結(jié)構(gòu)體系中結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大小是可以通過剪力墻的截面來控制，例如剪力墻布置較多時，相對應(yīng)的側(cè)向剛度大；剪力墻

5、布置較少時相對應(yīng)的側(cè)向剛度相對較小。另外通過剪力墻在建筑平面中的布置位置調(diào)整，可以控制剪力墻的扭轉(zhuǎn)剛度從而達(dá)到控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定、承載能力和剛度以及經(jīng)濟(jì)合理性的一種宏觀控制。假如剪力墻體在高層建筑物中有比較合理的截面和平面布置，就會形成一個能夠很好的抵抗墻體水平力的結(jié)構(gòu)體系，此時還能夠有效的分割空間，最大限度的滿足建筑使用功能。 </p><p>　　2、高層剪力墻結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)分析 </p>

6、<p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好，用鋼量較省。在高層住宅中，開間均較小，分隔墻較多，采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)可將承重墻減少，比較經(jīng)濟(jì)。剪力墻外觀整齊，沒有露梁、露柱現(xiàn)象，便于室內(nèi)布置。另外，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，結(jié)構(gòu)周期小。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)保證剪力墻結(jié)構(gòu)滿足國家規(guī)范關(guān)于結(jié)構(gòu)水平位移和地震力的要求，做到安全適用，經(jīng)濟(jì)合理，就必須在實(shí)際工作中有所判斷，將結(jié)構(gòu)水平位移和地震力控制在合理的范圍內(nèi)，然后檢查結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和配筋。 <

7、/p><p>　　3、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用于高層住宅的優(yōu)勢分析 </p><p>　　在現(xiàn)代建筑設(shè)計中，必須考慮到建筑質(zhì)量、建筑安全、建筑經(jīng)濟(jì)效益等，剪力墻結(jié)構(gòu)作為經(jīng)濟(jì)性價比最高的設(shè)計方式，被廣泛應(yīng)用到高層住宅建筑設(shè)計中，而從其結(jié)構(gòu)設(shè)計分析來看，其具有一定的優(yōu)勢：抗震性、減壓力是衡量高層建筑質(zhì)量的關(guān)鍵性標(biāo)準(zhǔn)，而結(jié)構(gòu)布置對建筑抗震性產(chǎn)生重要影響。在高層住宅中，分隔墻較多、開間較小，這就要求具有輕質(zhì)

8、的材料應(yīng)用，而剪力墻結(jié)構(gòu)是一個局部概念，可有效降低承載墻的數(shù)量，這就減少了建筑壓力，同時減少了建筑用材，具有經(jīng)濟(jì)性。從剪力墻外觀設(shè)計來看，其設(shè)計整齊、沒有露梁和漏柱，這就保證了建筑施工的美觀性，也便于室內(nèi)裝修。由此看來，建筑設(shè)計處于實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)原則、安全因素、美觀原則的需要，采用剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計具有優(yōu)勢性。 </p><p>　　三、高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 </p><p>　　實(shí)現(xiàn)

9、高層住宅的抗震能力、安全性是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的根本出發(fā)點(diǎn)，在設(shè)計中，剪力墻結(jié)構(gòu)的含鋼量、材質(zhì)、各部位的轉(zhuǎn)接與承和，支持建筑的梁、柱等都是保證建筑安全的因素。 </p><p>　　從整體上看，剛度控制與材料選擇是進(jìn)行建筑安全性控制的關(guān)鍵點(diǎn)。其一，增強(qiáng)墻量與剛度。一般來說，高層住宅占用空間較大，其本身具有自身負(fù)載較大，在設(shè)計中，考慮到整體建筑結(jié)構(gòu)，一般會采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，其要求框架側(cè)移曲線成剪切型，剪力墻的側(cè)移曲線

10、彎曲，這就要求在設(shè)計過程中，要進(jìn)行兩者力度的協(xié)調(diào)，在建筑周邊均勻布置剪力墻，若平面形狀變化較大，則在凸起部分進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，如進(jìn)行T型、L型的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)建筑剛性的增加。其二，科學(xué)選用抗震材料。依據(jù)建筑地層和建筑層次進(jìn)行材料選用，如在建筑層升高的情況下，混凝土強(qiáng)度等級為C45-C30，剪力墻的厚度為450mm-300mm，在現(xiàn)階段我國一般采用型鋼混凝土，這就有效控制了轉(zhuǎn)換斷層面，而其強(qiáng)度高于單純的混凝土，這就提升了構(gòu)件的受

11、壓力和承載力，有效實(shí)現(xiàn)了建筑抗震能力的提升。具體來看，在高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要準(zhǔn)確把握住影響建筑安全性的各個因素，合理計算建筑設(shè)計經(jīng)濟(jì)性，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑設(shè)計。 </p><p><b>　　1、轉(zhuǎn)換層設(shè)計 </b></p><p>　　隨著建筑功能的變化，建筑上下結(jié)構(gòu)的使用功能也發(fā)生變化，在實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)變化中，要注意建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計。當(dāng)前常用的轉(zhuǎn)換層有厚板

12、轉(zhuǎn)換層、巨型梁轉(zhuǎn)換等，而無論采用何種轉(zhuǎn)換層設(shè)計方式，都要通過強(qiáng)轉(zhuǎn)換弱上部、強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計來實(shí)現(xiàn)建筑的抗震性。具體來看，其一，進(jìn)行轉(zhuǎn)換層自身重量控制。采用梁系轉(zhuǎn)換的方式來進(jìn)行厚板厚度控制和轉(zhuǎn)換層質(zhì)量控制，一部分采用厚板材料，一部分采用薄板，這就相對減輕了轉(zhuǎn)換層自重，這有利于實(shí)現(xiàn)建筑經(jīng)濟(jì)投入的降低。其二，進(jìn)行剛度控制。高位轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換層的剛度逐漸提升，這就要求調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下部分的剛性比，通過空間分析的方式，來確定水平作用力下的層間位移角，采

13、用參與組合的振型數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，如在設(shè)計時，采用部分封底的方式，來實(shí)現(xiàn)空間承載力控制，并將轉(zhuǎn)換層上下樓板控制在200mm，而在一些箱型轉(zhuǎn)換層中，則進(jìn)行箱內(nèi)挖空，提升挖空率的方式，來進(jìn)行轉(zhuǎn)換層質(zhì)量和剛性控制。其三，進(jìn)行轉(zhuǎn)接控制。在轉(zhuǎn)換梁與中筒連接設(shè)計中，要把鋼筋混凝土柱連接在轉(zhuǎn)接范圍內(nèi)的筒體處，加強(qiáng)連接，以防止地震時脫節(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。 </p><p><b>　　2、結(jié)構(gòu)措施 </b><

14、/p><p>　　在剪力墻結(jié)構(gòu)中，建筑層次對其影響巨大，而上部剪力墻設(shè)計中的剛度、質(zhì)量、抗震力等對下層產(chǎn)生重要影響，這就要求以有效的方式，進(jìn)行上部剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。 </p><p>　　其一，減少混凝土使用量，減輕上層結(jié)構(gòu)自重。在滿足質(zhì)量要求、樓板厚度和計算跨度比值、防火與設(shè)計管線要求的情況下，將上層樓板厚度進(jìn)行控制為100mm，這既能夠降低混凝土資源消耗，又能夠減輕上部剪力墻的自重。在開

15、間擴(kuò)大剪力墻距離的標(biāo)準(zhǔn)下，以輕質(zhì)隔墻代替一部分墻，采用梁柱代替樓板，在隔墻處進(jìn)行梁柱設(shè)計，這既有利于提升可用空間，又能減輕質(zhì)量，但在其設(shè)計中，由于建筑開間和建筑進(jìn)深度較小，梁寬與隔墻具有相等厚度，再設(shè)計時，要避免露梁。 </p><p>　　其二,抗震設(shè)計。進(jìn)行縱向布置：轉(zhuǎn)化層的上下等效側(cè)向剛度比例一般在1.1-1.5之間，接近1.1，不得大于1.5，要強(qiáng)化下部，弱化上部，盡量防止薄弱層的出現(xiàn)，并通過計算分析，來

16、確定可能存在的薄弱部位，通過分力分配特點(diǎn)研究，進(jìn)行內(nèi)力和構(gòu)建配筋設(shè)計調(diào)整；盡量實(shí)現(xiàn)剪力墻落地，必要處采用L、T型結(jié)構(gòu)設(shè)計；上部剪力墻厚度要降低，底層厚度要加大，如轉(zhuǎn)換層以下剪力墻的厚度為250mm，上部為200mm，這對基層穩(wěn)定，增強(qiáng)建筑抗震性具有重要作用。再就是，在進(jìn)行T、L或十字型結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要注意的是，對于小開口墻體配筋時，僅在洞口兩側(cè)配置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，而當(dāng)腹板與冀緣不匹配時，則可適度放寬對冀緣邊緣構(gòu)件的要求，而在十字墻交叉部位

17、也僅僅按照構(gòu)件要求進(jìn)行暗柱設(shè)計；剪力墻頂部要設(shè)置暗梁，且高度為400-500mm，并按照結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行縱筋和箍筋配置，底部剪力墻設(shè)計時，盡量不要開洞，若必須開洞，則開小洞，并用輕質(zhì)物質(zhì)進(jìn)行填充，以保持剪力墻的剛度。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計需要建筑設(shè)計全過程實(shí)施，并應(yīng)與各專業(yè)設(shè)計人員密切配合。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的不是

18、不分輕重地都按規(guī)范或計算的底限進(jìn)行設(shè)計，而是“物盡其用”，充分發(fā)揮材料性能。對影響結(jié)構(gòu)性能的重點(diǎn)、關(guān)鍵部位及計算程序不能準(zhǔn)確分析，或計算模型與實(shí)際情況有出入的部分，應(yīng)采取措施重點(diǎn)加強(qiáng)或補(bǔ)充分析，做到有的放矢，突出重點(diǎn)。保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 現(xiàn)行建筑