框剪结构中剪力墙的优化分析

和红梅

摘要：在框剪结构设计中，如果剪力墙设置过多，会导致结构的刚度过大，而使地震作用效应和结构内力增大，不能完全发挥框架结构的优势。要解决这一问题，就需要对框剪结构中的剪力墙数量进行相应的优化。

关键词：剪力墙优化，框剪结构

Abstract: in the box in the structural design of cut, if shear wall set too much, can lead to excessive structure stiffness, and make the earthquake effect and structural internal force increases, and can not play the advantage of frame structure. To solve this problem, the need to cut the shear wall structure frame number for the corresponding optimization.

Keywords: shear wall optimization, box shear structure

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

受平面布置，剪力墙结构使用空间较小、自重较大，将部分剪力墙改为框架，做成框架剪力墙结构（简称框剪结构），则可以使整个建筑平面布置灵活，结构上取得较大使用空间，能够满足使用要求。

一、工程概况

某办公楼采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，层数为10层，建筑总高度为33.4m，首层层高4m，第2层3.8m，3—16层均为3.2m，抗震设防烈度为8度 (0.30g)，场地II类，设计地震分组为第一组，地面粗糙程度B类，基本风压w0=0.30kN/m2。，梁、板、柱、墙现浇。结构平面布置图如下：

图1优化前的结构平面布置图

二、数学模型

（1）目标函数

当结构总的等效地震作用最小时，结构能够保持良好的延性，而且此时结构自重较轻，节省材料。因此本文取框剪结构总的等效地震作用最小值F作为目标函数：

（1）

其中，为相应于第j振型在第i层楼盖处水平地震作用。

（2）约束条件

高层建筑结构应具有必要的刚度，否则刚度过小，层间位移角过大，将使主结构不能满足弹性受力状态，与计算模型不一致；结构要具有必要的刚度可以防止填充墙、隔墙等非结构构件的损伤。

最终建立的数学模型如下：

三、剪力墙优化前后比较

图2优化后的结构平面布置图

通过PKPM对该工程结构剪力墙优化前后的设计进行演练模拟，得出结构周期、地震作用下最大层间位移角、底层框架柱地震倾覆弯矩百分比、各层质量、纵向地震作用下楼层剪力（图3）以及横向地震作用下楼层剪力（图4）：

表1 纵向地震作用下楼层剪力

表2 横向地震作用下楼层剪力

对剪力墙优化前后的对比分析，发现优化后第一扭转周期和第一平动周期变大，横向和纵向地震作用下最大层间位移角变大；横向和纵向底层框架柱地震倾覆弯矩百分比提高约10%；各层质量也较为减少；特别是横向和纵向地震作用下楼层剪力减少明显，横向剪力减少约17%左右，纵向剪力比优化前小30%以上。

四、结束语

（1）合理的剪力墙的布置对结构的设计至关重要，结构安全性和经济性都有较大的提高。

（2）本文目标函数为单一地震作用目标函数，如果能将混凝土用量和钢筋用量考虑进来，建立多目标函数，就更能直接反应框剪结构优化的经济性。

参考文献

[1] 贺维维. 框架一剪力墙结构的优化研究[D]. 西安:西安理工大学，2010.

[2] 黄世敏. 地震区框架一剪力墙结构最优剪力墙数量的研究[J]. 工程抗震，2003(3):1-5.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。