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摘要：随着高层住宅越来越普及，对于结构设计人员来说，对高层住宅结构形式、结构设计要求的深入细致化研究也势在必行。目前的状况，高层住宅一般采用剪力墙结构。本文通过对剪力墙布置方案的研究，分析计算所得各项性能指标，最终达到优化设计方案的目的。
关键词：高层建筑；剪力墙结构；结构分析
Abstract: with the high-level residence is becoming more and more popular, for structure design personnel for the high-rise residential structure form, structure the design requirements of the deep and detailed research also is imperative. The current situation of the high-rise residential general use of the shear wall structure. This article through to shear wall layout of research, analysis and calculation income various performance indicators, and finally reach the purpose of optimizing design scheme.
Keywords: high building; The shear wall structure; Structure analysis
中圖分类号：TU398+.2文献标识码：A文章编号：
1 工程概况
某3#住宅楼位于内蒙古包头市青山区。建筑面积13258m2，为地下1层地上18层的剪力墙结构，建筑总高度49.2m。该工程的设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类。建筑抗震设防烈度为8度，基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。
2房屋基础选型
本工程为带有地下室的剪力墙结构，地质情况良好，优先选用筏板基础。持力层为砾砂层，地基承载力特征值为280kpa。合理选择筏板厚度及边缘外挑长度也直接影响结构整体安全。3#楼依据地勘报告，筏板厚度最终取为1400mm，外挑长度1200mm.。试算时取h=1200mm，配筋偏大，由于周边与裙房、地下车库相邻，有一些框架柱会落在3#楼筏板上，局部增加外挑长度，满足柱冲切板要求。
3#楼建筑长度55.2m，超过规范要求的剪力墙伸缩缝最大间距45m。但为了保证建筑功能要求、平面、立面的整体性，故设计中未考虑伸缩缝的设置，而是在跨中1/3处设置了后浇带。
3结构平面布置
首先，根据剪力墙布置原则，应双向均匀布置，避免扭转的影响，且x、y两方向的刚度不宜相差太大。
出于对抗震有利的考虑，布置剪力墙时，尽量使结构的质量中心与刚度中心重合，质心与刚心越接近，越能减小扭转效应。剪力墙尽量布置成L、T字形，尽量避免一字形墙的出现。本工程为抗震8度设防区，尤其避免短肢剪力墙的出现。对于跨高比较小的洞口尽量避免剪力墙开洞布置。如图1所示，为剪力墙平面布置图。
4 结构竖向布置
根据抗震设计要求，结构的承载力和刚度宜从下到上逐渐减小，变化宜均匀。竖向刚度变化主要体现在竖向构件截面尺寸的变化和混凝土强度等级的变化.。为了避免刚度突变，竖向构件截面尺寸和混凝土强度等级不要在同一楼层同时发生变化。
图1 剪力墙平面布置图
5 结构分析
对于结构设计来说，剪力墙的布置在满足规范的前提下有很大的灵活性，因此结构方案并不是唯一的，可能不同的人做出的不同方案都有可能满足设计要求。通过软件计算，很多年轻的结构工程师往住不假思索，只要电算通过就认为万事大吉直接出施工图了。其实，在众多方案当中，看似可行但并不是每一种都是合理的。不是结构构件不超筋、位移比满足要求，就是结构设计人员的终极目标。近几年，地壳越来越不稳定，地震频频光临，业界越来越关注抗震设计，越来越流行的一个词是“概念设计”，概念设计其实比结构计算更重要。试想，如果拿来一个项目，在我们最初制订结构方案的时候，比如结构体系，我们都没有正确的选择，那么，就算它的计算再完美，也不可能是一个优秀的设计，更何况，这种设计结果也很难完美。我们在保证结构安全可靠的前提下，还要能做到经济、合理，并不是简单的事情，是要用心思考，用心去衡量的。
为了满足抗震要求，尤其是8度设防的地区，设计人员一般尽可能多的布置剪力墙，强度是满足要求了，但因为墙肢过多，结构整体刚度变大，地震力也随之增大，带来的直接后果就是配筋量增多，那更实际上的情况就是业主关注的钢筋用量，混凝土用量也必然增多。而如果一味追求经济的节省，而将剪力墙布置的太少，也不合理，刚度小结构太柔，又可能满足不了位移的要求。
综上所述，我们如何做好概念设计，将抽象的理论如何具体到实际工程中呢？
对于高层建筑剪力墙结构设计，工程师可以对各个构件进行具体设计的前提是，合理控制结构的整体性能。
以本工程为例进行分析。3#楼长度为55.2m，超过规范限值45m，出于对抗震有利的考虑，布置剪力墙时，尽量使结构的质量中心与刚度中心接近，减小扭转效应。当建筑平面不规则，剪力墙无法对称布置时，应综合对比考虑如何减小扭转效应。通过实践证明，经验总结，沿建筑周边设置剪力墙，可以有效的增强结构抗扭刚度，而在结构形心周围增强构件刚度，对抗扭刚度影响不大，而对整体侧向刚度的增强非常有利。本工程平面规则，剪力墙布置均匀对称。通过应用PKPM-satwe软件计算得出，x方向最大层间位移角为1/1316，y方向最大层间位移角为1/1234，控制两方向层间位移角在1/1300左右，若太小，接近规范限值1/1000，考虑到建筑超长，偏于不安全；若太大，刚度也随之增大，吸收地震力大，经济上考虑不合理。在考虑偶然偏心影响下，最大层间位移与平均层间位移的比值，X方向是1.18，Y方向是1.22，满足《高层建筑混凝土结构技术》3.4.5条要求：“A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍”的限值。考虑扭转耦联时的振动周期T1=1.8430（平动），T3=1.4987（扭转），T3/T1=0.813<0.9，同时满足“高规”要求。
6结语
在高层建筑结构设计中，越来越强调概念设计的重要性，准确的概念分析可以帮助结构设计人员得到合理的结构布置方案。剪力墙布置方案对结构的受力性能和经济性能都有影响。通过对结构各项性能指标的分析，可以达到优化设计方案的目的。
参考文献:
[1] 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 高立人，方鄂华，钱稼茹等. 高层建筑钢筋混凝土结构概念设计. 北京. 中国计划出版社2005.
关键词：高层建筑；剪力墙结构；结构分析
Abstract: with the high-level residence is becoming more and more popular, for structure design personnel for the high-rise residential structure form, structure the design requirements of the deep and detailed research also is imperative. The current situation of the high-rise residential general use of the shear wall structure. This article through to shear wall layout of research, analysis and calculation income various performance indicators, and finally reach the purpose of optimizing design scheme.
Keywords: high building; The shear wall structure; Structure analysis
中圖分类号：TU398+.2文献标识码：A文章编号：
1 工程概况
某3#住宅楼位于内蒙古包头市青山区。建筑面积13258m2，为地下1层地上18层的剪力墙结构，建筑总高度49.2m。该工程的设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类。建筑抗震设防烈度为8度，基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。
2房屋基础选型
本工程为带有地下室的剪力墙结构，地质情况良好，优先选用筏板基础。持力层为砾砂层，地基承载力特征值为280kpa。合理选择筏板厚度及边缘外挑长度也直接影响结构整体安全。3#楼依据地勘报告，筏板厚度最终取为1400mm，外挑长度1200mm.。试算时取h=1200mm，配筋偏大，由于周边与裙房、地下车库相邻，有一些框架柱会落在3#楼筏板上，局部增加外挑长度，满足柱冲切板要求。
3#楼建筑长度55.2m，超过规范要求的剪力墙伸缩缝最大间距45m。但为了保证建筑功能要求、平面、立面的整体性，故设计中未考虑伸缩缝的设置，而是在跨中1/3处设置了后浇带。
3结构平面布置
首先，根据剪力墙布置原则，应双向均匀布置，避免扭转的影响，且x、y两方向的刚度不宜相差太大。
出于对抗震有利的考虑，布置剪力墙时，尽量使结构的质量中心与刚度中心重合，质心与刚心越接近，越能减小扭转效应。剪力墙尽量布置成L、T字形，尽量避免一字形墙的出现。本工程为抗震8度设防区，尤其避免短肢剪力墙的出现。对于跨高比较小的洞口尽量避免剪力墙开洞布置。如图1所示，为剪力墙平面布置图。
4 结构竖向布置
根据抗震设计要求，结构的承载力和刚度宜从下到上逐渐减小，变化宜均匀。竖向刚度变化主要体现在竖向构件截面尺寸的变化和混凝土强度等级的变化.。为了避免刚度突变，竖向构件截面尺寸和混凝土强度等级不要在同一楼层同时发生变化。
图1 剪力墙平面布置图
5 结构分析
对于结构设计来说，剪力墙的布置在满足规范的前提下有很大的灵活性，因此结构方案并不是唯一的，可能不同的人做出的不同方案都有可能满足设计要求。通过软件计算，很多年轻的结构工程师往住不假思索，只要电算通过就认为万事大吉直接出施工图了。其实，在众多方案当中，看似可行但并不是每一种都是合理的。不是结构构件不超筋、位移比满足要求，就是结构设计人员的终极目标。近几年，地壳越来越不稳定，地震频频光临，业界越来越关注抗震设计，越来越流行的一个词是“概念设计”，概念设计其实比结构计算更重要。试想，如果拿来一个项目，在我们最初制订结构方案的时候，比如结构体系，我们都没有正确的选择，那么，就算它的计算再完美，也不可能是一个优秀的设计，更何况，这种设计结果也很难完美。我们在保证结构安全可靠的前提下，还要能做到经济、合理，并不是简单的事情，是要用心思考，用心去衡量的。
为了满足抗震要求，尤其是8度设防的地区，设计人员一般尽可能多的布置剪力墙，强度是满足要求了，但因为墙肢过多，结构整体刚度变大，地震力也随之增大，带来的直接后果就是配筋量增多，那更实际上的情况就是业主关注的钢筋用量，混凝土用量也必然增多。而如果一味追求经济的节省，而将剪力墙布置的太少，也不合理，刚度小结构太柔，又可能满足不了位移的要求。
综上所述，我们如何做好概念设计，将抽象的理论如何具体到实际工程中呢？
对于高层建筑剪力墙结构设计，工程师可以对各个构件进行具体设计的前提是，合理控制结构的整体性能。
以本工程为例进行分析。3#楼长度为55.2m，超过规范限值45m，出于对抗震有利的考虑，布置剪力墙时，尽量使结构的质量中心与刚度中心接近，减小扭转效应。当建筑平面不规则，剪力墙无法对称布置时，应综合对比考虑如何减小扭转效应。通过实践证明，经验总结，沿建筑周边设置剪力墙，可以有效的增强结构抗扭刚度，而在结构形心周围增强构件刚度，对抗扭刚度影响不大，而对整体侧向刚度的增强非常有利。本工程平面规则，剪力墙布置均匀对称。通过应用PKPM-satwe软件计算得出，x方向最大层间位移角为1/1316，y方向最大层间位移角为1/1234，控制两方向层间位移角在1/1300左右，若太小，接近规范限值1/1000，考虑到建筑超长，偏于不安全；若太大，刚度也随之增大，吸收地震力大，经济上考虑不合理。在考虑偶然偏心影响下，最大层间位移与平均层间位移的比值，X方向是1.18，Y方向是1.22，满足《高层建筑混凝土结构技术》3.4.5条要求：“A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍”的限值。考虑扭转耦联时的振动周期T1=1.8430（平动），T3=1.4987（扭转），T3/T1=0.813<0.9，同时满足“高规”要求。
6结语
在高层建筑结构设计中，越来越强调概念设计的重要性，准确的概念分析可以帮助结构设计人员得到合理的结构布置方案。剪力墙布置方案对结构的受力性能和经济性能都有影响。通过对结构各项性能指标的分析，可以达到优化设计方案的目的。
参考文献:
[1] 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 高立人，方鄂华，钱稼茹等. 高层建筑钢筋混凝土结构概念设计. 北京. 中国计划出版社2005.