高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計分析

1、<p>　　高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計分析</p><p>　　摘要：剪力墻這種墻體結構已經走進了人們的生活，本文就如何進行高層建筑剪力墻結構的優(yōu)化設計展開研究，詳細的探討了剪力墻結構設計的優(yōu)化措施以及防范，從而整體優(yōu)化建筑結構，使優(yōu)化設計達到安全、經濟以及科學的目的。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑 剪力墻 結構上設計 優(yōu)化 </p><p>　

2、　中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A </p><p>　　前言：在經濟社會飛速發(fā)展的今天，人們越來越關注居住空間，對它的要求也越來越高。60年代出現(xiàn)剪力墻結構，以其剛度大，能有效地減少側移，且具有較好的抗震性能的有點，受到建筑業(yè)內人士的廣泛關注。 </p><p>　　1. 剪力墻的相關介紹。 </p><p>　　1.1剪力墻的概念。剪力墻結構是用鋼筋混凝

3、土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。它由空間結構是由一系列縱向、橫向剪力墻及梁、板等組成，縱向、橫向剪力墻剛度都很大，側移小，所以它的抗震及抗風性能都較強，比較適合高大的建筑物。因此，在高層剪力墻結構設計中，不僅要發(fā)揮這種結構體系的優(yōu)點，而且要改進其工程費用較高的缺點，降低高層建筑剪力墻結構的造價和材料消耗量。剪力墻的優(yōu)點有很多，例

4、如：墻肢長度遠大于厚度、平面內剛度大，承載力強、平面外剛度小，承載力弱等。另外，室內較框架結構簡潔，沒有露梁、露柱現(xiàn)象，外形美觀，便于室內布置。但它也存在一些缺點：剪力墻結構抗側剛度大，會引起較大的地震反應，使得上部結構和基礎費用增加；混凝土墻體比較重而且應用較多，不僅造成浪費，還容易引起較大的地震反應；剪力墻墻體中軸壓低，墻肢承載力發(fā)揮不足；剪力墻結構中墻體多為構造配筋，結構延性較差。 </p><p>　　1

5、.2剪力墻的分類及設計原則。剪力墻的分類：整截面墻、整體小開洞墻、聯(lián)肢墻等幾類。下面就簡單介紹一下這幾種剪力墻。整截面墻，就是墻面上不開洞或開很小的洞，受力性能類似整體的懸臂構件，設計時應盡量將豎向鋼筋分布在墻肢兩端。整體小開洞墻，它的受力性能也可按整體懸臂構件考慮，這種墻體對墻肢的局部彎矩要求很高。聯(lián)肢墻，這種墻的各墻體由連梁連接墻肢單獨作用明顯，連梁中部出現(xiàn)反彎點。剪力墻的設計原則：它的設計中要滿足位移限值和充分發(fā)揮框剪結構中各抗側

6、力構件的作用，做到安全、經濟合理的雙重要求。在剪力墻的設計中要考慮數(shù)量要求，在滿足在基本振型地震作用下，應盡量減少它的數(shù)量。還應該按照規(guī)范設計剪力墻框架部分的承載剪力。在地震作用或風載作用下，除了要滿足非彈性變形反復循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求。 </p><p>　　2.剪力墻結構設計的優(yōu)化措施。 </p><p>　　2.1結構布置合理化。結構的布置對建筑物的抗震性能

7、有巨大的影響，它既要考慮結構安全性又要考慮經濟的條件。在平面布置上，要力求建筑物形狀簡單、規(guī)則、對稱，這樣可以是剛度和承載力分布均，以減少扭矩的影響。除此之外，還要考慮到風壓的作用，盡量減少風壓，利于抵抗水平作用和豎向荷載，直接、明確的傳接力。在豎直布置上，應該盡量保證體型規(guī)則、均勻，不要有較大的外挑和內收，避免產生側向剛度和承載力突變。剪力墻結構要求底部空間大，底層或底層若干層剪力墻不落地，為此，要增加其他落地墻的截面尺寸，并提高此樓

8、層的混凝土等級，以減少剛度變化。 </p><p>　　2.2注重轉換層結構設計?，F(xiàn)在建筑物的功能要求多樣化，一棟大樓很有可能要求它的上部（中部）和下部使用功能不同，這時需要進行多種轉換，還要設置轉換構件，以傳遞內力。由于高位轉換時剛度和質量較大的轉換層升高，調整轉換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，這要求轉換層剛度、質量適中，可通過水平層力作用來檢查層間位移角的均勻性。選擇轉換層形式時，最好選用重量小剛

9、度小的材料。在設計時，還要進行大量的計算，通過計算我們就會知道，哪一部分才是最薄弱的，然后再通過內力分配特點的具體研究，改善薄弱部位的設計性能，最后進行適當?shù)恼{整，來改善薄弱部位性能。 </p><p>　　2.3控制結構參數(shù)。在工程設計中主要涉及以下幾個主要參數(shù)：位移比、側向剛度比、周期比、剛重比、層間位移角。先說說位移比，它是指樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移與本樓層平均值的比值，是一種扭轉效應。按照規(guī)范

10、，它應該是針對剛性樓板假定的，需要考慮偶然偏心影響的地震作用。再說說側向剛度，它是為了控制結構的豎向規(guī)則性。主要對某樓層抗側剛度與其上一層、相鄰三層的關聯(lián)敘述，還有對于結構樓層層間抗側力結構的承載力的要求。關于周期比，它的作用主要是為控制結構扭轉效應，減少扭轉對結構產生的不利影響。其關鍵就是限制結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1的比。剛重比，這項數(shù)據是控制結構的穩(wěn)定性，避免產生滑移和傾覆。最后說說層間位移角，它是

11、指按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比。主要控制結構的側向剛度，適宜的結構剛度不至于使地震力增大，也是考慮到經濟性。 </p><p>　　2.4優(yōu)化連梁和底部設計。在連梁設計時，要對連梁進行塑性調幅，這樣可以有效地降低剪力。塑性調幅的放方法主要有兩種：第一種，計算內力前，把連梁剛度進行折減；第二種，內力計算后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)。這兩種方法都要求連梁調整后的彎矩、剪力設計值不應低于使用狀況

12、的值，最好也不要低于比設防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設計值，連梁鉸接的地方也要格外留意。剪力墻底部設計尤為關鍵，一般在設計時，底部加強部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/8和底部兩層高度二者的較大值，加強部位可以取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。這樣設計比較合理，而且對地震有很好的抵制作用。 </p><p>　　2.5結構構件計算與配筋。在整體計算完成后，主要是對結構構

13、件的截面優(yōu)化、內力和配筋計算。對于剪力墻墻身，其中存在豎向及水平向分布鋼筋，需要通過計算來確定用量。還要驗算正截面抗彎承載力及斜截面抗剪承載力，在設計時要考慮水平筋與豎向筋，豎向分布筋抵抗彎矩，而水平分布筋抵抗剪力。對于邊緣構件，它能有效地提高墻體的延性和抗剪能力。邊緣構件分為兩類，即約束邊緣構件和構造邊緣構件，這是因為它的結構形式和受力狀況比較復雜。對于連梁，它需要和墻體協(xié)同工作，增強剪力墻的剛度和強度，正常載荷作用下，連梁有聯(lián)系墻肢

14、、且增大剪力墻剛度的作用。連梁跨度較小，梁端容易出現(xiàn)裂縫，為此，可以進行剛度折減，但折減后仍然可能出現(xiàn)正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力不夠的情況，可采取的辦法就是減小連梁的高度或增加剪力墻的厚度及提高混凝土的等級。 </p><p>　　結語：在實際進行剪力墻結構設計時，應根據具體工程的特點，進行正確的計算分析，合理設計剪力墻，保證剪力墻的安全性。熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結構概念，設計出兼顧安全與經濟實用的

15、優(yōu)秀作品。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]嚴斌.建筑施工剪力墻結構設計優(yōu)化探析[J].城市建設理論研究，2011（ 5）：37-38. </p><p>　　[2]李松.中高層住宅中的框架—剪力墻結構優(yōu)化設計研究[D].武漢：武漢理工大學，2006. </p><p>