基于抗震理念的建筑剪力墙结构中建筑剪力墙结构中

基于抗震理念的建筑剪力墙结构中建筑剪力墙结构中

黄慧莉

广州市白云建筑设计院有限公司广东广州510060

摘要：在高层结构设计过程中，设计人员往往是以满足结构安全性为目标，使得结构偏于保守，剪力墙数量设计得过多，没有充分发挥剪力墙的承载力，忽略建筑节能等经济性问题，造成一定的浪费。基于此，笔者结合自身工作经验，通过工程实例，综合结构的安全指标和经济指标，探讨基于抗震理念下剪力墙结构合理布墙数量。

关键词：高层建筑；剪力墙；不同烈度；布墙率；

引言

进行剪力墙结构的设计，保证符合建筑功能使用的前提下，还要综合考虑建筑结构抗侧能力和经济性指标。因此，对高层剪力墙结构中合理布墙率的研究具有重要的理论和实际指导意义。下面笔者结合剪力墙结构实际工程，对结构进行优化，分析6度设防下剪力墙结构优化的控制因素，综合考虑结构的建筑使用功能、结构的安全性以及经济性，探究此类户型的高层建筑在设防烈度不同环境下结构的合理布墙方式、最佳布墙率范围以及经济性角度的钢筋、混凝土用量等指标。

1工程概况

某一高层住宅建筑楼，结构体系为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，地下共有三层，地上有二十四层，地上部分除机房层外层高均为2.9m，建筑物总高度为74m。该工程所在地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，地面粗糙度为C类，基本雪压s=0.20kN/m2，基本风压w=0.60kN/m2，风载体型系数取1.4，风压高度变化系数、风振系数以及楼面活荷载标准值等均按《建筑结构荷载规》（GB50009-2012）的规定采用。建筑物抗震设防类别为丙类，设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，结构的重要性系数为1.0，设计地震分组为第三组，建筑场地类别为II类。

26度设防下结构布墙率的分析

参照建筑平面布置图在满足建筑使用功能的基础上，对剪力墙进行布置。通过多次建模与分析计算，对比计算结果，首先选出了一个既满足目标参数要求，同时也没有布置过量墙肢导致安全储备过大造成浪费的剪力墙布置方案，如图1，方案中剪力墙的布墙率为5%。

图1：布墙率为5%时标准层结构布置平面图

根据剪力墙优化布置的一些原则，在满足建筑使用功能的前提下，对上述方案中的剪力墙进行调整，增加或减小结构周边剪力墙墙肢长度或者翼缘长度，尽量不改变电梯四周剪力墙长度，得到其他不同的剪力墙布置方案，由于论文篇幅限制，此处从中共选取三种布置方案，调整方案如下：

（1）在原方案基础上，不改变楼梯、电梯周围剪力墙的长度，对强轴X轴上的剪力墙长度进行调整，减小Q1、Q5、Q6、Q12、Q15、Q22的墙肢长度，得到新的方案，此时剪力墙的布墙率为4.87%；

（2）在原方案基础上，不改变强轴X轴方向剪力墙墙肢长度，调整弱轴Y轴方向的剪力墙墙肢长度，增加Q5、Q6、Q11、Q12、Q13、Q16、Q23、Q24的长度，得到新的方案，此时剪力墙的布墙率为5.18%；

（3）在上一个方案基础上，适当增大X轴方向Q1、Q2、Q14、Q25的长度，主要是增大弱轴Y轴方向Q4、Q6、Q12、Q13、Q14、Q24的长度，得到新的方案，布墙率为5.33%。

四种布置方案按照布墙率的大小确定：布墙率4.87%为方案一，布墙率5%为方案二，布墙率5.18%为方案三，布墙率5.33%为方案四。

通过SATWE软件对四个方案进行内力计算，四种不同布墙率的方案计算结果见表1。表中符号如下：Tx、Ty、Tz分别为结构X、Y、Z向的自振周期，Vx、Vy分别为结构X、Y向的最大楼层剪力，∆ux/h、∆uy/h分别为结构X、Y向的最大层间位移角，Dmax（x）、Dmax（y）分别为结构的最大位移。

综上可以分析，通过内力分析后方案一不能够满足技术参数指标的要求，方案二的指标最接近规范的要求，方案四中的结构安全储备最大最安全。因此，对于该工程布墙率应该控制在4.9%以上，同时还要考虑工程的经济性确定布墙率的合理范围。

本文基于性能抗震理念，将位移控制与经济指标结合，探讨较为合理的布墙率范围。方案的布墙率不同会影响各种构件的材料用量及所占比重，应用工程量计算软件STAT-S软件计算不同的布墙率对应的结构中梁、板、墙的钢筋用量和混凝土用量。本文重点分析结构构件的工程量，不考虑施工中的其他因素造价影响。得出方案一单位面积用钢量38.81kg/m2、方案二单位面积用钢量38.94kg/m2、方案三单位面积用钢量39.23kg/m2、方案四单位面积用钢量39.36kg/m2、同时由数据分析可知，由方案一到方案二，布墙率增加2.67%，混凝土的总用量增加0.52%，钢筋总用量增加0.74%；由方案二到方案三，布墙率增加3.6%，混凝土的总用量增加1.11%，钢筋总用量增加0.92%；由方案三到方案四，布墙率增加2.9%，混凝土的总用量增加1.33%，钢筋总用量增加0.35%。通过数据可以看出，混凝土与钢筋用量的增加率并不一致，钢筋用量的增加幅度要比混凝土的增加幅度小，且随着布墙率的增加，这种差异越明显。分析其原因，随着布墙率的增大，墙肢数量增多，梁的长度相应减小，而且原来由梁承担的内力转移到了墙肢上，梁内所需布置的受力钢筋也相应减小，而对于墙体，由于数量增加，使得轴压比相应有所减小，墙体中的分布钢筋会减少，因此，钢筋的总用量增加幅度会减小。

由以上对结构的技术参数与经济成本的分析可知，在6度设防区的高层建筑，风荷载对其控制占主导，即结构的受力变形主要是由风荷载影响的。在结构设计时考虑到结构安全性，要给结构留有一定的安全储备空间，同时也要进行经济性分析，综合考虑结构的成本造价及安全参数指标来确定结构布墙率的合理范围。通过以上分析，本工程中的合理布墙率应该控制在4.9%～5.2%之间。因此，对于6度区由风荷载进行控制，基本风压w=0.60kN/m2的24层左右的高层建筑结构设计，经优化后工程的限额控制指标可将以下数据作为参考：布墙率范围4.9%～5.2%，单位面积的混凝土用量控制在0.31m3/m2～0.33m3/m2，单位面积的钢筋用量控制在39kg/m2左右为最佳。

3总结

本文通过工程实例，对高层建筑剪力墙结构中剪力墙合理数量在6度设防烈度下最优布墙率进行分析，为实际工程设计提供借鉴意义。但是在剪力墙结构的合理布墙率时，只是针对一种常见户型布局的实例进行研究，得出的结论对该种布局方案的高层结构有参考意义。还需进一步研究多种户型、不同层数的建筑结构的布墙率，以便为更广泛的实际工程设计参考提供选择。

参考文献：

[1]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2006：1-121

[2]中华人民共和国行业标准JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[S].北京：中国建筑工业出版社，2010

[3]中华人民共和国国家标准GB50011-2010《建筑抗震设计规范》（2016年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016