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分析高层错层住宅剪力墙结构设计 黄主健 X 关注成功！ 加关注后您将方便地在 我的关注中得到本文献的被引频次变化的通知！ 新浪微博 腾讯微博 人人网 开心网 豆瓣网 网易微博 摘????要： 针对某高层错层住宅建筑实际情况, 在介绍其前期剪力墙结构设计存在的问题的基础上, 提出了改进与优化方法, 并采用SATWE软件对改进后结构设计方案实施了模拟与计算, 最后通过模拟计算结果的对比, 得出改进后方案的自振周期、结果位移、剪重比、刚重比轴压比和经济性都优于改进前, 且满足现行规范要求的结论, 以此为类似建筑的结构设计工作提供科学参考。 关键词： 高层错层住宅; 剪力墙结构; 结构设计; 设计优化; 作者简介：黄主健, 身份证号州贵阳550001 收稿日期：2017-9-1 Received： 2017-9-1 近年来, 高层错层住宅建筑越来越多的采用剪力墙结构, 因为剪力墙不仅能提供灵活的使用空间, 而且还能简化设计和施工流程, 提高效率, 降低成本。而在实际的设计工作中, 由于考虑不全面、结构布置不合理等原因, 使得剪力墙结构的作用与特点并不能得到充分发挥, 甚至还有一些结构方案存在安全问题。对此, 首先要严格遵循设计原则, 根据建筑实际情况和使用要求, 对具体问题采用适宜的设计方法, 满足规范要求。但即便如此, 也有可能出现结构安全系数不足和造价过高等问题, 所以还要在此基础上对方案进行改善与优化, 这对保证设计质量有重要意义。 1 高层错层住宅 以某高层错层住宅为例, 在该住宅建筑结构设计方案中, 剪力墙布置和结构受力不相符, 导致局部刚度较大, 自重增加致使地震反应大幅增强, 并提高了建筑基础与上部结构施工成本。基于此, 须对该方法实施调整和优化, 以确保结构的合理性与安全性。 合理的结构设计方案, 无论是结构平面形状, 还是刚度都应对称、均匀, 而且剪力墙的布置应合理, 做到对直和拉通。对竖向布置而言, 应规则对称, 不能出现较大的内收与外挑, 避免刚度在竖向上发生突变, 确保空间抗侧刚度中心接近水平荷载, 进而起到防扭转的作用。 以建筑平面布置要求为依据, 在电梯间、房间和楼梯间边角运用异形墙肢[1]。设计时, 还要充分考虑同周期关系, 防止地基和上部结构产生共振, 也就是在确保建筑结构受到荷载作用时的变形处于设计范围内的同时, 使建筑自振周期更具合理性, 同时提高结构的经济性。 2 设计方案的提出与对比 2.1 软件基础 SATWE是一个适用于建筑结构设计及分析的软件, 可在多种结构类型中应用。 (1) 计算模型 SATWE对于剪力墙的模拟主要通过墙元实现, 墙元是以板壳单元为基础形成的通用型墙元, 根据静力凝聚等原理, 消除由墙元细分形成的自由度, 并在边界节点上对刚度进行凝聚, 以此提高墙元精度与出口自由度;墙元所有节点都存在一个空间的全部自由度, 能十分便利的和其它单元实现连接, 不需要增加任何约束条件, 具有降低墙体描述与板壳单元划分难度的作用, 从而实现提升分析效率的目标。在剪力墙模拟过程中, 板壳是一个最理想的模拟单元, 该软件正是利用这种单元对墙元实施了细分, 并对墙上开洞进行了自动化处理[2]。 (2) 假设条件 该软件针对楼板这一构件进行处理时, 提出以下四个假设条件: (1) 刚性楼板假设条件:假设楼板平面当中无限刚, 不考虑外刚度。 (2) 弹性楼板A假设条件:借助壳单元对楼板刚度进行计算, 包括平面内刚度与平面外刚度。 (3) 弹性楼板B假设条件:假设平面中的刚度为无限大, 对平面外刚度进行真实计算。 (4) 弹性膜假设条件:借助壳单元对楼板平面中的刚度进行真实计算, 不考虑平面外的刚度。 为保证模拟结果的真实性, 在分析精度满足实际要求的情况下, 对于不同的结构类型要使用相应的假设条件。 2.2 结果与分析 该软件运用的是在所有存在全部自由度的壳元上通过凝聚形成的墙元对剪力墙进行模拟, 既有平面中的刚度, 又存在平面以外的刚度, 能很好反映出剪力墙实际状态, 并且所得计算结果也十分准确;另外, 对楼板进行模拟时还能考虑到它发生的弹性变形。尽管主楼结构在平面上能做到整体规则, 同时立面也不存在刚度突变等问题, 但因大刚度电梯井等位置简体偏置, 所以会产生一定扭矩影响。为保证分析计算的真实性, 在进行地震作用分析计算时, 兼顾到了偶然偏心与扭转偶联, 选取3个振型进行计算。 2.2.1 自振周期 在存在扭转偶联情况下的建筑自振周期见表1。可见, 平动和扭转的建筑自振周期比值为0.3142, 满足规范提出的0.9的要求。 表1 自振周期 ?? 下载原表 2.2.2 结构位移 基于风荷载的建筑结构位移见表2, 基于地震荷载的建筑结构