某高層住宅剪力墻布置方案對比及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

宗玉霞

摘要：本文以甘肅省定西市某高層住宅項(xiàng)目為例，依據(jù)《高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中剪力墻布置的基本原則及相關(guān)規(guī)程，提出三種不同的剪力墻布置方案，然后采用YJK V2020-3.0軟件對三種布置方案的周期與平動系數(shù)、各陣型參與質(zhì)量之和、位移角、位移比等計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行分析和比較，得出剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)的剛度分布的均勻性、受力的均勻性和投資的經(jīng)濟(jì)性等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，具有一定的工程應(yīng)用價值，最終提出最優(yōu)剪力墻布置，可供日后類似項(xiàng)目技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：高層住宅，剪力墻結(jié)構(gòu)，方案布置

中圖分類號：（TU398）文章標(biāo)志碼：（A）? ?文章編號：1672-5360（2013）02-0000-00（編輯填寫）

1引言

為確保剪力墻結(jié)構(gòu)的底部部位在出現(xiàn)塑性鉸以后能夠有足夠的延性，需要在高層建筑結(jié)構(gòu)的底部部位設(shè)置加強(qiáng)區(qū)，按《高規(guī)》規(guī)定，剪力墻底部部位設(shè)置加強(qiáng)區(qū)的范圍是結(jié)構(gòu)底部兩層的層高高度和剪力墻墻體總高度的十分之一二者取大值且應(yīng)該從地下室的頂板算起。高層建筑的高寬比表現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性、對結(jié)構(gòu)的剛度、承載能力和合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的宏觀控制上，特別是高寬比對經(jīng)濟(jì)性的影響，故高層剪力墻建筑的高寬比需滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。

本文針對高層住宅項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，運(yùn)用YJK V2020-3.0軟件計(jì)算分析，提出了最優(yōu)結(jié)構(gòu)布置方案，得到了工程應(yīng)用價值的結(jié)果，同時可為日后其它案例提供技術(shù)參考。

2剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻布置的要求

剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置原則：簡單、規(guī)則、X向、Y向的剛度相差不大。

剪力墻結(jié)構(gòu)的豎向布置原則：從上至下應(yīng)該連續(xù)布置，避免豎向的剛度突變，剪力墻上的洞口宜規(guī)則開洞，洞口水平向和豎向?qū)R布置。若剪力墻洞口不對齊時，可按照圖1所示采取措施。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.1項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目采用鋼筋砼剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上18層，建筑長度為37.80m，寬度為16.70m，建筑高度為56.80m;1層為商業(yè)，層高4.20m，2～18層均為住宅，層高為2.90m。

3.2剪力墻布置方案

方案一是根據(jù)建筑的平面布置和房間的功能要求進(jìn)行剪力墻布置，具體見圖2。

方案二是在方案一的基礎(chǔ)上通過增加結(jié)構(gòu)四周山墻的墻肢長度和部分周邊梁的梁高，具體見圖3。

方案三是在方案二的基礎(chǔ)上通過刪除結(jié)構(gòu)左右對稱軸上的兩個T字型墻肢及調(diào)整結(jié)構(gòu)中間部位的梁高，具體見圖4。

3.3結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及計(jì)算結(jié)果對比

本工程采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件V2020-3.0進(jìn)行計(jì)算分析，通過優(yōu)化剪力墻的布置，提出三種剪力墻布置方案;通過計(jì)算分析得出三種計(jì)算結(jié)果;取計(jì)算結(jié)果中的周期、陣型、位移角及位移比等進(jìn)行分析，得出在不同的剪力墻布置方案對計(jì)算結(jié)果的影響，結(jié)果分析如下：

（1）周期與平動系數(shù)

通過計(jì)算結(jié)果可知，為了限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度太弱，就要限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動周期為主的第一自振周期T1的比值;A級高度的高層建筑Tt與T1的比值不應(yīng)大于0.90;計(jì)算結(jié)果得出方案一的Tt/T1為0.8797，方案二的Tt/T1為0.8495，方案三的Tt/T1為0.8327，由此可知，加大了結(jié)構(gòu)周邊部位的剪力墻厚度、剪力墻截面高度、梁的高度或減小結(jié)構(gòu)中間部位的剪力墻的厚度、剪力墻截面高度、梁的高度，可使結(jié)構(gòu)的周期比降低，結(jié)構(gòu)的周期比越小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度與抗側(cè)剛度的比值就越大，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)就越小，對結(jié)構(gòu)受力越有利。

（2）各陣型參與質(zhì)量之和

三種方案的計(jì)算是在考慮了平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的情況下得到的各陣型參與質(zhì)量之和均大于總質(zhì)量的90%;滿足規(guī)范要求;具體計(jì)算結(jié)果詳見表2。

（3）位移角

通過計(jì)算結(jié)果可知，三種方案的最大層間位移角均小于1/1000，且增大結(jié)構(gòu)周邊剪力墻的厚度、剪力墻截面高度及梁的高度后，結(jié)構(gòu)的剛度有所提高，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角減小;刪除結(jié)構(gòu)中間部位的剪力墻后，結(jié)構(gòu)的剛度降低使得結(jié)構(gòu)的最大層間位移角增大，但仍滿足位移角小于1/1000;三種方案對比可知，方案一與方案三的最大層間位移角差別不是很大，說明結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度無明顯大的變化。

（4）位移比

因位移比是計(jì)算得出的結(jié)構(gòu)實(shí)際存在的扭轉(zhuǎn)量值，規(guī)范規(guī)定，A級高度的高層建筑在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值不宜大于1.2，且不應(yīng)大于1.5，由表4可知，三種方案均滿足規(guī)范要求。且通過方案一至方案三的優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的位移比有所降低，說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到了有效的限制。

3.4最優(yōu)結(jié)構(gòu)布置方案

通過以上分析可知，方案二較方案一加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的周邊剛度，使結(jié)構(gòu)剛度分布更為均勻，在荷載作用下使每個構(gòu)件都能發(fā)揮最大作用，使結(jié)構(gòu)受力更為合理。方案三是在方案二的基礎(chǔ)上通過刪除結(jié)構(gòu)左右對稱軸上的兩個T字型墻肢及調(diào)整結(jié)構(gòu)中間部位的梁高，從而削弱結(jié)構(gòu)的內(nèi)部剛度，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部剛度與外部剛度差異減小，進(jìn)而在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的情況下達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。

綜上所述，本次推薦方案三為最優(yōu)剪力墻布置方案。

4結(jié)論

本文依據(jù)剪力墻布置的基本原則，對某高層住宅項(xiàng)目進(jìn)行了剪力墻結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)，提出三種不同的剪力墻布置方案，利用YJK V2020-3.0軟件從周期與平動系數(shù)、各陣型參與質(zhì)量之和、位移角、位移比等方面進(jìn)行了計(jì)算分析，得出剪力墻布局需重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)的周邊剛度、結(jié)構(gòu)受力均勻性及投資的經(jīng)濟(jì)性，具有一定的工程應(yīng)用價值，最終得到最優(yōu)剪力墻布置方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖振海. 高層住宅結(jié)構(gòu)方案對比研究和經(jīng)濟(jì)性分析[D].

[2] 王舜奇， 宋剛， 宋化為. 某超高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 山西建筑， 2011（29）：38-40.

[3] 黃夢銘. 某高層剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)分析[J]. 福建建設(shè)科技， 2014， 04（4）：29-29.

[4] 王傳甲， 胡守營， 陳志強(qiáng)，等. 某高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)及驗(yàn)證[J]. 工程抗震與加固改造， 2008， 30.

[5] 康志宏. 高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 2014.

[6] 陳永輝. 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)（上部結(jié)構(gòu)）優(yōu)化分析及節(jié)材設(shè)計(jì)[D]. 2015.

[7] 劉陽. 基于Pushover方法的高層分散筒結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能對比[D]. 中國海洋大學(xué)， 2014.

[8] 李炎， 王德玲， Li，等. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻合理布置的研究[J]. 長江大學(xué)學(xué)報（自科版）， 2016.

[9] 趙蒙. 高層框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻合理布置研究[D]. 成都理工大學(xué)， 2014.

[10] 張金海， 王湘安. 高烈度區(qū)高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)布置探討[J]. 低溫建筑技術(shù)， 2019， 041（004）：47-49，53.