基于高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计分析

基于高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计分析

摘要：近年国家对各地区的结构抗震性能要求逐渐提高，人们对住宅使用功能要求越来越高，以及房地产开发单位对项目造价的严格控制。由于框架结构和框架—剪力墙结构等中框架柱截面较大对建筑使用功能存在较大的影响。在一般高层房屋住宅建筑结构选材和结构形式上有了严格的要求，即高层住宅中混凝土剪力墙结构得到充分利用，它受到人们的越来越多的关注。本文对高层住宅混凝土剪力墙结构的布置方式进行了分析，再对高层住宅中混凝土剪力墙结构的优化设计分析。

关键词：高层住宅；混凝土剪力墙；结构优化设计

Abstract: in recent years over the country to aseismic performance requirements gradually improve, people to residential use function demand is higher and higher, and real estate development unit to the strict control of project cost. Due to the frame structure and framework-including the shear wall structure frame column section of building use function exist large greater effects. In the general structure of the building housing top material and structure the form is strict requirement that high-rise residential in concrete shear wall structure can be fully used, it by the people more and more attention. In this paper, the high-rise residential concrete shear wall structure arrangement of analyzed, and then a high-level residence of concrete shear wall structure optimization design analysis.

Keywords: high-rise residential; Concrete shear wall; Structure optimization design

混凝土剪力墙结构，由于剪力墙的截面运用灵活，容易满足建筑功能使用求，另抗震性能好的优点，被广泛应用于高层住宅中。高层住宅的建筑结构根据选材可以分为宗纵多类型，例如砌体结构类型、钢结构类型、混凝土结构类型等。

一、高层住宅的建筑结构类型分析

1．砌体结构类型

砌体结构类型的高层建筑结构具有施工简便、取材容易、造价低廉的特点，但是高层建筑结构的砌体材料是一种脆性的材料，这种材料的抗剪强度、抗弯强度、抗拉强度都很低，也没有很好的抗震效果，所以在现代的高层建筑中很少采用。

2．混凝土结构类型

混凝土结构类型的高层建筑结构具有很多优点，例如，耐久性、耐火性以及取材容易、承载能力强、节约钢材、结构刚度好、造价低廉、可浇筑成复杂

截面等优点。现浇混凝土结构还具有很好的整体性，也具有很好的抗震能力。混凝土结构中可分为框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框支剪力墙结构等。特别是混凝剪力墙结构可进行方便的布置，组成不同的受力体系，可以被人们广泛地应用于高层住宅，国际上的一些发展中国家的高层住宅广泛被采用。

3．钢结构类型

钢结构类型的高层建筑物特点是截面小、钢材料强度高、可塑性以及柔韧性好、自身重量轻、制造简单、抗震效果好、施工时间短等特点，这些特点决定了钢结构类型也被人们应用于高层建筑中。但是高层建筑的钢结构需要大量的钢材，这就提高了工程造价，且钢结构的防火性差，还需要必要的防火措施。

二、高层住宅混凝土剪力墙结构的布置方式

剪力墙结构一般都是应用于超高建筑或者高层建筑，而在高层建筑结构中，结构位移是结构设计的一个主要指标。其中包括层间位移比和竖向层间位移角。另外，伴随随着住宅建高度的不断的增加，水平的荷载作用效应起主要控制。而剪力墙在平面内很大侧移刚度，所以剪力墙是承载着来自高层建筑的绝大部分的水平作用或者水平剪力。

在超高层建筑或者高层的建筑设计结构中，通过调整结构的侧向刚度来控制结构位移和层间位移角，而通过调整结构的扭转刚度来控制结构的扭转位移。剪力墙结构体系中结构的侧向刚度大小是可以通过剪力墙的截面来控制，例如剪力墙布置较多时，相对应的侧向刚度大；剪力墙布置较少时相对应的侧向刚度相对较小。另外通过剪力墙在建筑平面中的布置位置调整，可以控制剪力墙的扭转刚度从而达到控制结构扭转。结构的整体稳定、承载能力和刚度以及经济合理性的一种宏观控制。假如剪力墙体在高层建筑物中有比较合理截面和平面布置，就会形成一个能够很好的抵抗墙体水平力的结构体系，此时还能够有效的分割空间，最大限度的满足建筑使用功能。

三、高层住宅中混凝土剪力墙结构的优化设计分析

1．剪力墙的结构类型种类

剪力墙根据墙肢长度可分为短肢剪力墙和剪力墙，根据有无翼墙或端柱可分为一字墙（单片墙）和工字墙或转角墙。短肢剪力墙由于墙肢高度较小（规范规定截面高度h与墙厚b之比5≤h/b≤8为短肢剪力墙），抗震性能较差，所以在高程剪力墙结构中应用相对较减少。单片墙由于平面外刚度很小容易失稳，所以在剪力墙端部加设翼墙或端柱剪力墙以提高平面外刚度。其实剪力墙就是一种竖向的悬臂构件，在水平荷载作用下，发生弯曲变形和平截面假定是相符的，正应力在剪力墙肢截面一般是线性分布。

2. 剪力墙的承重方案

剪力墙虽然厚度小，但由于墙肢长度较长，故有较大结截面面积。所以剪力墙有很高竖向承载能力。由于住宅建筑横墙的间距较小，采用这种小开间的剪力墙承重方式。这样可以有效的控制混凝土剪力墙的数量和布置位置以及剪力墙墙肢高度。剪力墙也可以通过大间距的横墙、纵墙来承重。

3．剪力墙布置设计

剪力墙需要根据主轴的方向进行双向或者多向的空间布置。布置后的剪力墙通过连梁、梁、楼板连结在一起，形成良好的整体性和空间性能。剪力墙承载力和侧向刚度很大，要想充分利用这种承载力，减轻结构自重，就需要加大剪力墙可以利用的空间，不能过密的布置剪力墙，保持剪力墙结构具有合理的侧向刚度。通俗的说并不是剪力墙布置越多越好。剪力墙布置过多，一不能有效的控制造价，二由于结构侧向刚度过大，就会使剪力墙受到较强的地震力，而没有足够延性，故对结构产生破坏。

4. 剪力墙竖向优化设计

根据《建筑抗震设计规范 GB50011-2010》明确规定：一、侧向刚度不规则。该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进水平向尺寸大于相邻下一层的25%。二、竖向抗侧力构件不连续。竖向抗侧力构件的内力由水平转换构件向下传递。三、楼层承载力突变。抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%。

从而对剪力墙竖向布置做了间接的规定。保持剪力墙从下向上贯通布置原则，通过减小截面厚度使侧向刚度减小。

5. 剪力墙配筋优化设计

剪力墙配筋控制对主体造价起着关键性的作用。通过以往高层住宅项目的结构设计对比看，一般剪力墙配筋几乎都是按规范规定的最小配筋率构造配筋，包括竖向分布筋和水平向分布筋。所以控制剪力墙厚度，可以有效的控制剪力墙身钢筋用量。在抗震设计时，当底层剪力墙肢轴压比控制在抗震等级范围不同限值内，则剪力墙仅设置构造边缘构件，而当轴压比大于规定限值时，应设置约束边缘构件。而在剪力墙配筋设计时，构造边缘构件和约束边缘构件的配筋率相差甚大，所以适当的加大剪力墙肢截面，把底层轴压比控制在设置构造边缘构件限值以内，可以有效的降低钢筋配筋量。所以通过合理的截面布置可以很好的优化剪力墙配筋设计。

总结：

随着我国社会经济水平的不段发展，在面对城镇人口数量急剧增长与可供建筑用地的不断减少之间的矛盾，急需要建设大量的高层居民住宅，加上剪力墙结构是一种比较适合高层居民住宅的混凝土的结构形式，具有耐久性、承载能

力强、结构刚度好、造价低廉等很多优点，因而就需要我们去大力发展剪力墙结构的高层建筑。

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