高层剪力墙结构墙体的优化布置_王宁.doc

天津城市建设学院学报 第 18 卷 第 3 期 2012 年 9 月 土木工程 $ Journal of Tianjin Institute of Urban Construction Vol.18 No.3 Sep. 2012 王 宁，罗兆辉 (天津城市建设学院 土木工程学院，天津 300384) 摘优化要设：计剪不力仅墙可在以现降代低高工层程住造宅价中，应而用且普节遍约，材由料于，经因济此投对资高较层大住，宅结剪构力性墙能进要行求结高构，对优化其进设行计结意构义 重大．本文采用 PKPM 建立模型，通过改变剪力墙厚度和数量，建立不同的模型，经对比计算结 果关，寻键求从词抗：震高角层度建来筑讲；受剪力力最墙合结理构、；从剪经力济角墙度厚来度讲；又剪最力节墙省数的量布；置自方振案周．期；层间位移角； 结构优化 中图分类号：TU973.16 文献标志码：A 文章编号：1006-6853(2012) 03-0187-05 剪力墙结构体系是高层住宅中常见的结构形 初就应该做好结构的选型工作．对于层数较少(20 层 式．据有关数据统计，我国已建的高层住宅建筑中， 以下)的高层住宅，往往采用短肢剪力墙结构；对于 剪力墙住宅占到了 72%以上[1]．由于高层住宅关乎人 层数较多(20 层以上的)的结构，采用一般剪力墙结 民的切身利益，故对其建筑功能的要求较高；又因其 构；对于底部大空间的高层建筑，一般采用底部框支 经济投资较大，所以要对其进行结构优化设计，尤其 剪力墙结构[2]． 是对高层剪力墙住宅中的剪力墙布置进行优化设计． 1.2 在剪剪力力墙墙数结量构优中化，剪力墙的数量与结构的抗震性 这样不仅可以降低地震作用、减轻结构自重、增强结 构的抗在震高功层能建，筑还中可，降结低构工自程重造主价要．由墙体和楼板组 过少，结构抗侧刚度过小，房屋变形便会增大，从而 能密切相关．在地震区的高层建筑，如果剪力墙数量 成．除结构自重外，由风或地震作用引起的水平荷载 会影响到房屋的正常使用功能；但如果剪力墙数量过 起主要控制作用．结构体系优化与否，需综合考虑结 多，或墙肢长度不变而墙肢厚度过大，结构抗侧刚度 构的总体刚度、结构两主轴方向的主体刚度是否接 就会过大，结构自振周期便会缩短，地震作用加大， 近、变形特征是否合理、楼层扭转位移比是否符合规 这样不但使上部结构内力增大，材料耗用也增大，相 范要求、单位面积自重是否合适、墙体厚度及其布置 应也会造成基础设计困难，在经济上也不合理．改变 是否合高理层等剪因力素墙．结构中，如何合理布置剪力墙，并找 剪力墙的数量既可表现为在既定建筑方案(也即门窗 洞厚度口；位也置可不表变现和为墙在肢墙长体度厚不度变不)的变情的况情下况，下改，变改墙变体墙 到一个最合适的结构的抗侧刚度，使地震作用尽可能 小，又能满足正常使用要求，同时达到降低工程造价 肢长度和数量． 的目的显得尤为重要．上述问题可归结为剪力墙布置 剪力墙刚度优化 的优化问题． 设计变量是结构的抗侧刚度(或剪力墙的截面特 [3] 征量)，目标函数是地震作用，约束条件是变形限 1 剪力墙布置的优化原则 制，优化后的结构刚度应满足并接近结构的最大允许 变形 . 以天津市某小区的一栋高层剪力墙为例，取地震 对结于构一选个型高优层化建筑(住宅)工程的设计，设计师最 作用为目标函数，结构的抗侧刚度为设计变量，选择 收稿日期：2012-04-27；修订日期： 2012-06-26 作者简介：王 宁（1985—），女，陕西延安人，天津城市建设学院硕士生.  ·188· 天津城市建设学院学报 2012 年 第 18 卷 第 3 期 适到当一的个约最束优条的件结，构通抗过侧逐刚步度改，使变墙整体个结厚度构和处数于量最来佳受得 ,mm，如图 1 所示． 在第一种方案的基础上，将剪力墙的厚度改为 力状态，并且达到最经济的目的． ,mm，剪力墙数量和长度不变，得到第二方案， 平面同图 1． 2 模型的建立 在优第化二后方的案方的案基模础型上，不改变剪力墙的厚度，而 在剪力墙的数量布置上稍作改变，将个别剪力墙删 本方案模型为 10 层剪力墙住宅结构，无地下室， 去剪，力部墙分，分调户整剪力墙缩短，减少中心筒附近的较多的 建筑高度为 ,m． X、Y 方向的抗侧刚度，得到第三方案， 第优一化种前布的置方方案案模：型根据所提供的建筑资料和高层 如图 2 所示． 剪力墙结构布置的基本原则，初步布置剪力墙，墙厚 图 1 方案一的结构标准层剪力墙布置 （方案三是在方案一的图基础上将电梯筒左边的墙肢去掉，下边的墙肢缩短来得到的） 2 方案三的结构标准层剪力墙布置 构优化设计的影响． 3 优化前后三种模型计算结果对比分析 3.1 动力特征 采用中国建筑科学研