板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計探討

林隆煜

【摘 要】剪力墻結構具備整體性好、剛度大、抗震性能優秀、抗側向變形能力強等特點，這就使得其廣泛應用于我國高層住宅建筑領域，基于此，本文簡單分析了板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計原則，并結合實例就設計開展了詳細論述，希望論述內容能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

【關鍵字】板式住宅；結構優化設計；剪力墻；高層建筑

中圖分類號： TU973.16 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0206-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.096

【Abstract】the shear wall structure has the characteristics of good integrity， high stiffness， excellent seismic performance， strong lateral deformation resistance and so on， which makes it widely used in the field of high-rise residential buildings in China， based on this. This paper simply analyzes the principle of the optimum design of shear wall structure of high rise building of slab residential building， and discusses the design in detail in combination with an example， hoping that the content of the discussion can bring some inspiration to the relevant people in the field.

【Key words】Plate house； Structural optimization design； Shear wall； High-rise building

0 前言

近年來建筑結構優化設計的受關注程度不斷提升，這是由于結構設計優化能夠在保證建筑安全、技術可行前提下實現經濟效果的最優，但在筆者的實際調研中發現，專業配合意識、成本意識淡薄情況廣泛存于我國建筑結構設計優化領域，而為了盡可能改變這一現狀，正是本文圍繞板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計開展具體研究的原因所在。

1 板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計原則

1.1 基本原則

在板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計中，設計人員必須保證剪力墻結構充分發揮材料的力學性能、充分發揮自身抵抗水平荷載的能力，同時還需要通過優化設計保證板式住宅高層建筑的造價更為經濟合理，由此即可開展針對性較強的剪力墻結構優化設計。

1.2 優化設計路徑

剪力墻的合理數量及適宜剛度選擇、墻肢長度差異控制、短肢墻中水平分布鋼筋與箍筋的合并、開洞的合理處理、減少墻肢和短肢墻數量等屬于最為基本的板式住宅高層建筑剪力墻結構優化路徑，以其中的剪力墻合理數量及適宜剛度選擇為例，設計人員需嚴格遵循《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ-2010）要求，并重點關注剪力墻的水平位移與地震力控制，即可真正實現高水平的剪力墻結構優化[1]。

2 板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計的實例分析

2.1工程概況

為提升研究的實踐價值，本文選擇了某地高層住宅小區#1樓剪力墻結構優化設計作為研究對象，該建筑的總建筑面積、總層數、總高度分別為13980m2、31層、89.9m，地上30層，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，地面粗糙為B類，屬于Ⅱ類場地且特征周期為0.35s，水平地震影響系數最大值、基本風壓分別為0.16與0.40kN/m2，原設計基于《建筑結構荷載規范》（GB50009—2001）確定了樓面活荷載標準值、風壓高度變化系數、風壓體形系數、風振系數。

2.2 結構布置方案

在研究對象板式住宅高層建筑平面布置中，其在布置上沒有大的內收外挑情況，地上30層平面布置一致，而豎向剛度的變化主要體現在混凝土強度等級、構件截面尺寸的分段改變方面，但改變的次數不宜過多，而從結構受力角度分析不難發現，改變的次數較少會導致變化過大，并最終引起剛度突變，因此采用了將混凝土強度降低與構件截面尺寸減小按樓層錯開，同層同時改變引起的剛度突變由此得以避免。此外，設計中建筑1～14層、15～30層梁、板的混凝土強度分別為C35與C30，而1～7層、8～19層、20～30層墻、柱的混凝土強度分別為C40、C35、C30，1～5層、6～13層、14～31層的墻厚分別為300mm、250mm、200mm。

基于上述分析，板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計首先提出了6個結構布置方案，每個方案均建立在前一個方案的基礎上，圖1為方案6示意圖。方案6將標準層1～3層剪力墻的厚度調整為250mm，并通過調整剪力墻布置實現了X、Y方向的剛度接近。

2.3 設計參數取值

混凝土容重、鋼材容重分別為26.5kN/m3、78.0kN/m3，建筑各處主筋與箍筋、墻分布筋、邊緣構件箍筋的強度均取360N/mm2，取18個振型組合數，連梁剛度折減系數、活荷載質量折減系數、周期折減系數、結構的阻尼比、結構的特征周期分別取0.55、0.5、0.9、0.05、0.35s，多遇地震影響系數與罕遇地震影響系數的最大值分別取0.16和0.9[2]。

2.4 結構優化設計及對比分析

采用PKPM系列軟件的SATWE模塊進行結構優化設計及對比分析，由此圍繞樓層側移剛度、樓層層間位移角、地震反應力和剪重比、周期比等進行對比，即可發現方案6在結構剛度、地震剪力、層間位移角、周期比等層面均具備顯著優勢，因此選擇了方案6作為最優方案。

2.5 優化設計材料用量建議值

為更直觀展示方案6（高寬比為6.1）的優勢，還需要圍繞6個方案的混凝土用量、鋼筋用量展開分析，而通過模擬計算，可確定方案1～方案6的單位混凝土用量分別為0.4423m3/m2、0.4057m3/m2、0.4057m3/m2、0.4354m3/m2、0.4127m3/m2、0.4025m3/m2，總用鋼量則分別為45.8855kg/m2、45.4810kg/m2、45.4810kg/m2、47.3191kg/m2、45.1820kg/m2、44.3069kg/m2，可見方案6在混凝土用量、總用鋼量層面均具備顯著優勢。

2.6 高寬比影響分析

基于方案6，將研究對象高層建筑的層數分別調整為22層、25層、28層，對應的高寬比分別為4.5、5.1、5.7，即可開展變化層數改變高寬比的影響分析，分析主要圍繞高寬比與混凝土用量關系、高寬比與鋼筋用量關系展開，由此可確定高寬比增加使得混凝土用量呈線性增大，鋼筋用量則呈現先快后慢的增大；基于方案6，將部分房間尺寸分別增加600mm、900mm，開展高寬比與混凝土用量關系、高寬比與鋼筋用量關系對比，可確定高寬比的增加混凝土用量與鋼筋用量均存在線性增大趨勢。深入分析不難發現，高寬比影響的出現可能源于配筋量增多、鋼量影響較小等因素的影響，這些必須在板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計中得到重視。

3 結論

綜上所述，板式住宅高層建筑剪力墻結構優化設計具備較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的結構布置方案、設計參數取值、結構優化設計及對比分析、優化設計材料用量建議值、高寬比影響分析等內容，則提供了可行性較高的優化設計路徑，而為了進一步提高設計水平，高寬比改變影響、相關原則遵循必須得到重視。

【參考文獻】

[1]羅軍.廈門杏林灣超高層住宅的結構設計探討[J].福建建筑，2015（02）：43-46+60.

[2]劉康.預制裝配式混凝土建筑在住宅產業化中的發展及前景[J].建筑技術開發，2015，42（01）：7-15.