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高层结构剪力墙的布置优化设计 - 结构综合资料 高层结构剪力墙的布置优化设计 摘要：剪力墙结构由于具有广泛的适用性和良好的抗震性能，被应用于世界各地，尤其在我国的高层建筑中得到了广泛的应用。但剪力墙结构材料用量大，单位造价高，如果设计不合理势必会造成不必要的浪费，这显然不符合当今社会节约能源，降低资源消耗，保护环境的前提，也不符合开发企业利润最大化的总体目标。因此，优化建筑结构设计，节约材料，降低成本，已经成为了业界普遍关注和重视的问题。本文结合工程实例谈谈高层结构剪力墙的布置优化设计。 　　关键词：高层剪力墙建筑；结构设计；方案布置；优化设计 　　一、剪力墙的涵义 　　剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。剪力墙截面特点是墙肢长度远大于厚度，自身平面内具有很大的刚度和承载力，平面外刚度和承载力都相对较小，墙肢属于偏心受压或偏心受拉构件。同时在剪力墙结构中，墙是一个平面构件，它除了承受沿其平面作用的水平剪力和弯矩外，还承担竖向压力；在轴力、弯矩、剪力的复合状态下工作，其受水平力作用时似一底部嵌固于基础上的悬臂深梁。在地震作用或风载下剪力墙除须满足刚度强度要求外，还必须满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求 　　二、剪力墙结构方案的选择 　　只有当剪力墙结构施工的安全得到了保障之后，才能够在诸多的方案当中进行对比选择，并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下，选取适合此高层建筑的结构形式。 　　针对层数较少的高层建筑，如：层数在18 层以下的高层住宅推荐采用传统的现浇剪力墙结构，因为在针对每一个墙肢进行实际压轴的计算时所取得的值会出现偏小的情况，而且墙体一般都是构造配筋，必然会使墙体的承载力不能充分的发挥出来。推荐采用短肢剪力墙结构，能有效将这些问题进行根本的解决。在7度区，层数在18 层以下的住宅建筑使用短肢剪力墙结构，能有效地将水平地震剪力、结构顶点位移、周期控制在合理的范围之中。如果高层建筑物的层数大于18，最好还是选取普通剪力墙结构。如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中，会导致其刚度不达标，从而导致结构的安全性能也受到其影响。 　　结构优化设计的目的不是简单的降低材料用量，也不是不分轻重的都按规范底限进行设计，而是“物尽其用”，充分发挥材料性能。对影响结构性能的重点、关键部位及计算程序不能准确分析或计算模型与实际情况有出入部分，应重点加强或补充分析。在建筑设计初期，结构设计人员就应与建筑师紧密配合，初步确定剪力墙布置，合理调整建筑方案，避免不规则或严重不规则的平立面布置，达到技术先进，安全适用、经济合理的设计方案，实现降低建筑总体造价的目的。 　　三、实例分析 　　1、工程概况 　　某剪力墙高层商业建筑功能多样化的使用要求，导致结构体系复杂，出现了错层、多塔等结构，对建筑抗震方面提出了更高的要求，因此，选择合理的结构方案并优化十分关键。 　　2、工程的建筑方案 　　1）平面：该建筑南北方向长 86.32m，东西方向长 79.04m，设计成“凹” 型，有较长的外伸部分（见图1）。x.y方向剪力墙分布不均匀，不对称。沿 Y 向井筒集中布置在建筑物北侧，南侧为框架，结构在两个方向扭转不规则。 　　2）立面：建筑物在立面上错落有致，高度变化较多，层数依次有3层、10层、14层、16层（见图2）。 　　3）设置错层：根据建筑设计需要，该建筑部分设置3层商业用房，相邻10层住宅，两者层高不同，而且连接处位于楼梯、电梯这类薄弱部位，建筑上采用错层来处理（见图 3）。 　　3、结构设计分析 　　3.1、结构方案布置的主要思路 　　结构设计不仅是一门专业技术，更是一门艺术，这在结构布置分析阶段表现得尤为突出。结构方案选择，不但有安全方面的考虑，而且还要满足建筑空间形式和使用功能、构造功能及所感受到的形象功能等多方面的要求。本工程结构方案布置的主要思路为： 　　1）剪力墙布置尽可能集中，以留出足够可变化的空间。 　　2）方便住宅套型内部组合变化，调整梁的大小和位置。 　　3）建筑高低错落，局部层数相差太大，平立面均不规则，在结构总体设计上设置抗震缝，将平面分割成若干个小单元，使各小单元的立面和平面尽量变得简单规则。 　　3.2、结构模型调整过程 　　针对该建筑体型复杂的特点，采取多种模型进行分析和试算，并根据试算结果运用结构概念设计对其做相应的调整和优化。 　　3.2.1、结构模型的选择 　　高层建筑在结构设计过程中，一方面要求结构布置规则、对称，特别是要求平面刚度布置均匀，以减少扭转：另一方面要求加强结构的抗扭刚度和抗扭承载力。这两方面已经成为