浅论板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计

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　　摘 要 由于剪力墙结构本身具备较强的整体性和刚度，在高层住宅建筑建设上得到了广泛应用。本文根据实际工程建设经验，对剪力墙结构体系优化设计原则进行总结，并从结构布置方案、设计参数取值、结构优化设计和对比分析、优化设计材料用量建议值四方面，论述了板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计分析。
　　关键词 板式住宅;高层建筑;剪力墙结构
　　1 剪力墙结构体系优化设计原则
　　1.1 尽量选择普通剪力墙
　　通过提升普通剪力墙数量，可以降低小墙肢和短肢墙的使用。在高层住宅剪力墙结构之中，其侧向刚度和剪力墙侧移刚度学习相关，工作人员可以通过剪力墙布置结构方案调整，来延长墙肢长度，将两端和翼墙连接在一起，从而实现小墙肢和短肢墙数量的下降。该种方式可以展示出明显特点，首先可以将剪力墙抗侧移刚度展示出来，满足规范层间位移角限值，降低剪力墙数量。其次，可以选择一些截面高度较大的墙肢，减少结构之中的开洞数量，控制好剪力墙截面两端边缘约束的构件数量，并通过降低暗柱之中构造配筋面积，提升整个高层建筑的经济利益。
　　1.2 控制好墙肢长度差异
　　在剪力墙结构布置方案调整过程中，相关工作人员应避免整个墙肢长度出现差异过大情况，让其对地震作用力分布显得更加平均。通过上述操作，除了可以避免墙肢超筋问题之外，还能将剪力墙作用发挥到极致，对侧向荷载进行抵抗，从而将钢筋作用有效展示出来。除此之外，由于短肢剪力墙截面高度十分有限，而边缘构件占据范围较大，当箍筋和拉筋设计好之后，如果在其中继续加入水平分布钢筋，必然会出现与箍筋重合的部分，进而产生极大浪费。因此，对于短肢剪力墙设计，应该以全高箍筋设计为主，在配合一定数量的拉筋，让剪力墙截面两端箍筋和水平分布钢筋合并在一起。
　　2 板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计分析
　　2.1 工程概况
　　为了提升主体研究的实践价值，本文选择了某高层住宅小区其中一个单元剪力墙结构优化设计作为研究对象，该建筑总建筑面积为13698㎡，层数为31层，其中地上30层，地下1层，抗震烈度为8度，基本地震加速度为0.20g。该建筑水平地震以影响系数最大值为0.16，基本风压可以达到0040kN/㎡。另外，在具体原型设计过程中，主要是根据《建筑结构荷载规范》对整个楼面的活荷载标准值进行确定，这其中还会涉及风压体形系数、风振系数等内容[1]。
　　2.2 结构布置方案
　　在该板式住宅高层建筑平面设计过程中，整个布置过程并没有出现内收外挑等问题。地上30层平面布置情况一致，但在竖向刚度设计上存在很大变化，主要根据混凝土强度等级、构件尺寸等内容来确定，整体更改次数不宜过多。站在结构受力角度来说，改变次数少同样可以建筑结构发生变化，从而引起剪力墙刚度突变。因此，工作人员通过降低混凝土强度和构件截面尺寸，并根据具体楼层实施错开操作，避免刚度突变产生。由于建筑层数不同，板的混凝土强度也会有所差异，该建筑的1到14层使用的是C35级别混凝土，而15到30层则是使用C30级别混凝土.上述等级划分主要是站在梁和板的角度来说，如果是墙柱混凝土强度，其划分内容会更加仔细，其中1到7层等级为C40，8到19层为C35，20层到30层为C30。从上述分析中可以看出，整个板式住宅高层建筑剪力墙结构常见布置方案有6个，每个方案的实施均是以前一方案为基础。
　　2.3 设计参数取值
　　在混凝土容重和钢材容重上，该工程取值分别为26.5kN/m?和78.0kN/m?，其主筋和箍筋、墙分布筋等强度平均值为360N/mm2，包括的振型组合数值有18个。为了保证设计参数取值的合理性，人们需要确保连梁刚度折减系数为0.55，活荷载质量折减系数为0.5，周期折减系数为0.9，阻尼比为0.05。在地震影响系数以及罕遇地震系数最大值确定上，也应该将地区和地形等因素综合其中，该工程的最大值分别为0.16和0.9，维护建筑工程安全不会受到任何影响。
　　2.4 結构优化设计和对比分析
　　板式住宅高层建筑剪力墙优化设计主要是在PKPM系列软件以及SATWE模块下进行，对比各个结构之间存在的优缺点，并对楼层侧移刚度以及地震反应力等内容进行对比，从而将各个方案之中的地震剪力等优势展示出来，确定出最佳方案。为此，人们将研究重点集中在22层、24层和28层，高宽比为4.5、5.1和5.7。由于对比结果确定出来，人们便可以透过高宽比影响分析，将混凝土用量展示出来，并确定好高宽混凝土用量。在最佳方案作用下，房间尺寸需要提升600mm和900mm，线性趋势明显提升。从深入分析中可以看出，受高宽比影响，配筋数量也会逐步提升，这些变化需要工作人员在实际建设工作开展上提高重视程度[2]。
　　2.5 优化设计材料用量建议值
　　为了更加直观地将优秀方案优势展示出来，人们还可以对各个方案之中的混凝土用量以及钢筋用量进行分析，借助于模拟计算，不同方案下单位混凝土用量也会不同，其中最佳方案数量为0.426m?/㎡，用钢量为44.3265kg/㎡，优势十分明显。另外，在设计材料用量确定上，很容易受到高宽比影响，而板式高层建筑高宽比往往很大，甚至会超过规范值。为此，在研究过程中，人们需要通过平面宽度和层数两种方式改变，对不同的高宽比进行获取，最终将建筑受力性能和材料用量等展示出来。除此之外，通过不同方案之间的对比，如果位移角与限值相接近，说明剪力墙平面分布比较合理。
　　3 结束语
　　综上所述，板式住宅高层建筑中的剪力墙结构优化设计具备很强的现实意义，人们可以通过具体结构优化设计和对比分析等内容，为整个工程提供优化设计路径，最终实现设计水平的全面提升。除此之外，人们可以通过具体的高宽比分析，制定出明确的设计原则，为后续工作开展提供基础条件。
　　参考文献
　　[1] 林隆煜.板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计探讨[J].科技视界，2018，（32）：206-207.
　　[2] 尚超，韩萌.高层民用建筑剪力墙结构设计特点及其优化策略[J].绿色环保建材，2018，（10）：78，81.
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