板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计探讨

林隆煜

【摘 要】剪力墙结构具备整体性好、刚度大、抗震性能优秀、抗侧向变形能力强等特点，这就使得其广泛应用于我国高层住宅建筑领域，基于此，本文简单分析了板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计原则，并结合实例就设计开展了详细论述，希望论述内容能够为相关业内人士带来一定启发。

【关键字】板式住宅；结构优化设计；剪力墙；高层建筑

中图分类号： TU973.16 文献标识码： A 文章编号： 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

近年来建筑结构优化设计的受关注程度不断提升，这是由于结构设计优化能够在保证建筑安全、技术可行前提下实现经济效果的最优，但在笔者的实际调研中发现，专业配合意识、成本意识淡薄情况广泛存于我国建筑结构设计优化领域，而为了尽可能改变这一现状，正是本文围绕板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计开展具体研究的原因所在。

1 板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计原则

1.1 基本原则

在板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计中，设计人员必须保证剪力墙结构充分发挥材料的力学性能、充分发挥自身抵抗水平荷载的能力，同时还需要通过优化设计保证板式住宅高层建筑的造价更为经济合理，由此即可开展针对性较强的剪力墙结构优化设计。

1.2 优化设计路径

剪力墙的合理数量及适宜刚度选择、墙肢长度差异控制、短肢墙中水平分布钢筋与箍筋的合并、开洞的合理处理、减少墙肢和短肢墙数量等属于最为基本的板式住宅高层建筑剪力墙结构优化路径，以其中的剪力墙合理数量及适宜刚度选择为例，设计人员需严格遵循《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ-2010）要求，并重点关注剪力墙的水平位移与地震力控制，即可真正实现高水平的剪力墙结构优化[1]。

2 板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计的实例分析

2.1工程概況

为提升研究的实践价值，本文选择了某地高层住宅小区#1楼剪力墙结构优化设计作为研究对象，该建筑的总建筑面积、总层数、总高度分别为13980m2、31层、89.9m，地上30层，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，地面粗糙为B类，属于Ⅱ类场地且特征周期为0.35s，水平地震影响系数最大值、基本风压分别为0.16与0.40kN/m2，原设计基于《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）确定了楼面活荷载标准值、风压高度变化系数、风压体形系数、风振系数。

2.2 结构布置方案

在研究对象板式住宅高层建筑平面布置中，其在布置上没有大的内收外挑情况，地上30层平面布置一致，而竖向刚度的变化主要体现在混凝土强度等级、构件截面尺寸的分段改变方面，但改变的次数不宜过多，而从结构受力角度分析不难发现，改变的次数较少会导致变化过大，并最终引起刚度突变，因此采用了将混凝土强度降低与构件截面尺寸减小按楼层错开，同层同时改变引起的刚度突变由此得以避免。此外，设计中建筑1～14层、15～30层梁、板的混凝土强度分别为C35与C30，而1～7层、8～19层、20～30层墙、柱的混凝土强度分别为C40、C35、C30，1～5层、6～13层、14～31层的墙厚分别为300mm、250mm、200mm。

基于上述分析，板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计首先提出了6个结构布置方案，每个方案均建立在前一个方案的基础上，图1为方案6示意图。方案6将标准层1～3层剪力墙的厚度调整为250mm，并通过调整剪力墙布置实现了X、Y方向的刚度接近。

2.3 设计参数取值

混凝土容重、钢材容重分别为26.5kN/m3、78.0kN/m3，建筑各处主筋与箍筋、墙分布筋、边缘构件箍筋的强度均取360N/mm2，取18个振型组合数，连梁刚度折减系数、活荷载质量折减系数、周期折减系数、结构的阻尼比、结构的特征周期分别取0.55、0.5、0.9、0.05、0.35s，多遇地震影响系数与罕遇地震影响系数的最大值分别取0.16和0.9[2]。

2.4 结构优化设计及对比分析

采用PKPM系列軟件的SATWE模块进行结构优化设计及对比分析，由此围绕楼层侧移刚度、楼层层间位移角、地震反应力和剪重比、周期比等进行对比，即可发现方案6在结构刚度、地震剪力、层间位移角、周期比等层面均具备显著优势，因此选择了方案6作为最优方案。

2.5 优化设计材料用量建议值

为更直观展示方案6（高宽比为6.1）的优势，还需要围绕6个方案的混凝土用量、钢筋用量展开分析，而通过模拟计算，可确定方案1～方案6的单位混凝土用量分别为0.4423m3/m2、0.4057m3/m2、0.4057m3/m2、0.4354m3/m2、0.4127m3/m2、0.4025m3/m2，总用钢量则分别为45.8855kg/m2、45.4810kg/m2、45.4810kg/m2、47.3191kg/m2、45.1820kg/m2、44.3069kg/m2，可见方案6在混凝土用量、总用钢量层面均具备显著优势。

2.6 高宽比影响分析

基于方案6，将研究对象高层建筑的层数分别调整为22层、25层、28层，对应的高宽比分别为4.5、5.1、5.7，即可开展变化层数改变高宽比的影响分析，分析主要围绕高宽比与混凝土用量关系、高宽比与钢筋用量关系展开，由此可确定高宽比增加使得混凝土用量呈线性增大，钢筋用量则呈现先快后慢的增大；基于方案6，将部分房间尺寸分别增加600mm、900mm，开展高宽比与混凝土用量关系、高宽比与钢筋用量关系对比，可确定高宽比的增加混凝土用量与钢筋用量均存在线性增大趋势。深入分析不难发现，高宽比影响的出现可能源于配筋量增多、钢量影响较小等因素的影响，这些必须在板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计中得到重视。

3 结论

综上所述，板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计具备较高现实意义，在此基础上，本文涉及的结构布置方案、设计参数取值、结构优化设计及对比分析、优化设计材料用量建议值、高宽比影响分析等内容，则提供了可行性较高的优化设计路径，而为了进一步提高设计水平，高宽比改变影响、相关原则遵循必须得到重视。

【参考文献】

[1]罗军.厦门杏林湾超高层住宅的结构设计探讨[J].福建建筑，2015（02）：43-46+60.

[2]刘康.预制装配式混凝土建筑在住宅产业化中的发展及前景[J].建筑技术开发，2015，42（01）：7-15.