高层建筑剪力墙结构设计范文

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《四川建材杂志》2014年第四期

1优化高层剪力墙结构的基本原则

1.1合并水平分布钢筋和短肢墙中的箍筋由于短肢剪力墙的截面高度比较低，对边缘进行约束的构件会占据比较大的范围。当剪力墙两端约束边缘构件长度范围以内设置好拉筋和箍筋后，如果再对水平分布的钢筋进行设置，就会导致箍筋和水平钢筋重叠的情况，造成了不必要的浪费。所以，对于截面高度比较小的短肢剪力墙来说，最好顺着墙肢截面的全高设置一定数量的拉筋和箍筋。使得水平分布的钢筋和两端分布的边缘构件箍筋合并。

1.2对墙肢长度的差异性进行控制在对剪力墙结构的布置方案进行调整时，要尽可能保证墙肢长度的一致性，避免过长或过短剪力墙，从而使地震作用被剪力墙进行平均分配。不仅可以防止部分墙肢超筋的情况出现，还可以根据剪力墙构造的要求，将配筋的剪力墙作用充分发挥出来，对侧向荷载进行抵御，将整体结构中钢筋的作用完全发挥出来。

1.3对剪力墙的开洞进行科学的处理在高层住宅的剪力墙结构中，除了需要设置门窗洞外，还需要根据实际的方案和结构对结构洞进行调整。站在结构受力合理性的角度来看，要对结构洞进行合理的设置，尽可能降低墙肢长度之间的差异性，保证各片剪力墙可以均匀分配地震作用，并注意控制各墙肢轴压比，使各墙肢轴压比在竖向荷载作用下尽量靠近相应结构抗震等级轴压比限值，如此可避免通过连梁或框架梁来调整各墙肢端轴向变形差，使梁配筋量增大，甚至配筋困难［3］。站在优化设计的角度来说，为了将剪力墙的作用充分发挥出来，要尽量降低结构洞的数量，尽可能设置成长墙。

2工程剪力墙结构设计的优化

2.1布置结构的具体方案由于此高层建筑从上到下平面布置基本相同，没有比较明显的内收外挑情况。竖向刚度的变化主要为混凝土的强度等级和构件截面的大小，站在施工便利性的角度来看，不宜进行多次改变，站在结构受力的角度来看，如果每次改变变化过大，很容易出现刚度突变的情况［4］。为了避免同层同时改变，出现突变的情况，全面考虑后，按照楼层将混凝土强度降低和减少构件截面大小分层错开，并制定了三个结构布置方案，选出最优的结构方案。结构方案一:根据建筑功能的基本要求，按照建筑方案的洞口对剪力墙模型进行布置，考虑到剪力墙整体抗侧刚度大，在部分剪力墙设置了洞口。结构方案二:在方案一的基础上，在比较长的墙肢上设置结构洞，并使用L型截面或T型截面取代一字型截面。结构方案三:根据初期设计的图纸，对剪力墙进行布置，经过计算证明，Y方向出现了比较大的位移，最大层间位移角值为1/809，所以，对Y方向的剪力墙数量进行了适当的增加。另外，将Y方向和X方向剪力墙的刚度控制在相同的范围中，并将1～3层的剪力墙墙肢厚度调整为250mm，结构布置更加的对称、均匀、合理。具体的方案布置图如图1所示。

2.2设计结构的对比分析本工程使用PKPM系列软件的SATWE模块计算和分析了三种结构设计方案，得出了楼层具体的位移比、剪重比、地震剪力、刚度比、楼层抗侧移刚度、刚重比、周期比、轴压比、层间受剪承载力比等，本文主要对楼层的位移比、抗侧移刚度、地震剪力、剪重比和周期比进行介绍。

2.2.1楼层的位移比经过分析证明，三个方案楼层层间位移都在1/1000以下，都达到了《高规》的相关要求。在方案一中，由于剪力墙的刚度大、数量多，所有X、Y方向出现层间位移角都不大，最高的层间位移角分别为1/1273和1/1283。在方案二中，X，Y方向层间位移角的最高值分别为1/1036和1/1026。刚度达到了规范规定的基本要求，且X方向和Y方向比较接近。方案三楼层间的位移比最高值分别为1/1074和1/1007，在规范规定的限值内，和其他的方案相比，此方案整体的混凝土强度等级低于其他方案一个等级，具有良好的经济性［5］。而且这三个方案在X方向和Y方向上的位移比都在1.2以下，在规定的范围以内，证明这三种方案平面抗扭刚度较好，有着良好的规则性。

2.2.2楼层抗侧移刚度比经分析证明，方案一中的剪力墙是根据建筑具体的使用要求进行布置的，有比较大的刚度，而方案二由于在墙肢比较长的剪力墙上开了一些洞口，导致剪力墙的刚度降低。方案三由于对X方向的刚度进行了调整，刚度要略低于方案二，而在Y方向，刚度没有明显的差异性。在剪重比和层间位移角限制等指标都符合规定要求的情况下，选择方案二或者方案三会更好。

2.2.3剪重比和地震反应力X、Y方向的地震反应力如图2所示。因为方案一有比较大的刚度，因此地震作用剪力相对来说也比较大，而方案二和方案三由于刚度降低，地震作用剪力相对来说也比较低，因此方案三更好。而且由于方案一的刚度高，导致周期小，且具有一定扭转效应，在这三个方案中，周期比为0.71～0.81都不高，但是相比之下方案三最低。综上所述，墙肢的数量和长度对结构的抗侧刚度影响比较大，通过在墙肢上合理开设洞口，可以有效地降低结构刚度的影响。通过对周期比、层间位移角、结构刚度等方面的因素。最终决定方案三为最优的优化方案，方案二为备选方案。

3结语

通过对高层建筑的剪力墙结构优化设计的基本原则进行探讨，在设计优化的基础上，制定了三种优化结构方案，并使用SATWE设计模块计算并分析了这三种结构方案，得出了具体的位移比、地震剪力、剪重比、刚度比等数值。由于方案三在材料的使用量、抗震受力性能等方面均有明显的优势，本工程选择方案三对结构进行优化。此工程在建设后，经济效果良好，在保证质量的基础上，有效地节省了投资，值得同类工程借鉴参考。

作者：张东海单位：淮北市水利建筑勘测设计院有限公司