第３６卷第５期　２　０　１　０年２月　

山　西　建　筑　

ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ（　ＵＲＥ　Ｖｌ０Ｊ．３６Ｎｏ．５　

Ｆｅｂ．２０１０　・７３・　

文章编号：１００９．６８２５１２０１０｝０５—００７３．０２　高层建筑剪力墙结构优化设计浅析　

王艳军　摘要：探讨了在高层剪力墙结构设计中怎样发挥它具有的足够的抗侧能力等优点，结合工程实例，从建筑整体结构计　算、经济含钢量等多方面探讨了高层建筑剪力墙结构优化设计处理方法和措施，以实现建筑结构设计的整体优化，从而　达到科学、合理、经济的设计要求。　关键词：剪力墙，含钢量，高层建筑，结构优化　中图分类号：ＴＵ９７３．１　文献标识码：Ａ　

剪力墙结构刚度大，整体性好，用钢量较省，在高层住宅、旅　馆等居住性建筑中，居室和客房均为小间，分隔墙较多，采用现浇　剪力墙结构，可以将承重墙与分隔墙合二为一，相对来说比较经　济。另外，室内较框架结构简洁，没有露梁、露柱现象，外形美观，　便于室内布置。因此，在高层住宅、旅馆中常采用现浇剪力墙结　构。将剪力墙结构运用到高层住宅、旅馆中，除具有以上优点外，　还有一些缺点：１）剪力墙结构抗侧刚度大，会引起较大的地震反　应，使得上部结构和基础费用增加；２）由于混凝土墙体较多，使得　建筑物重量增加，这也同样引起较大的地震反应，造成浪费；３）剪　力墙结构中各墙肢轴压比往往较低，使得各墙肢的承载能力得不　到充分发挥；４）剪力墙结构中墙体多为构造配筋，配筋率较低，使　得结构延性较差。在高层剪力墙结构设计中，怎样既发挥它具有　足够的抗侧能力等优点，又改进其工程费用较高的缺点成为一个　关键问题。因此，近年来工程界对高层剪力墙结构的优化布置给　予了更多的关注，而且也取得了一定的进展。目前，《高规》对高　层建筑的结构选型，尤其是合理布置，尚未做出一个明确的具体　的规定。因此，结合实际的工程背景，对高层剪力墙结构的优化　布置进行研究很有必要。　１　剪力墙结构设计的优化　１．１　剪力墙结构构件的经济含钢量　随着我国建筑结构的高度越来越高，高层建筑结构采用剪力　墙形式已经不是新鲜事务。经过我国多年的设计及成功的施工　经验累计，对高层建筑剪力墙结构构件适宜的含钢量已经有了一　些数据上的统计，该经验值统计如表１所示。依据这些含钢量的　指标可以对结构设计的经济性起到一定的指导作用。　

内部形成各种各样的空隙，从而降低混凝土的密实性及耐久性。　在实践中，混凝土低温下提高温度的养护主要使用的有蓄热　法和外部加热法。具体如下：　１）蓄热法：主要用于气温一１０℃左右，结构比较厚大的工程。　做法是：对原材料（水、砂、石）进行加热，使混凝土在搅拌、运输和　浇灌以后，还储备有相当的热量，以使水泥水化放热较快，并加强　对混凝土的保温，以保证在温度降到０℃以前使新浇混凝土具有　足够的抗冻能力。此法工艺简单，施工费用不多，但要注意内部　保温，且要延长养护龄期。２）Ｐｂ部加热法：主要用于气温一ｌ０℃　以上，而构件并不厚大的工程。通过加热混凝土构件周围的空　气，将热量传给混凝土，或直接对混凝土加热。蒸汽养护：用蒸汽　使混凝土在湿热条件下硬化。此法较易控制，加热温度均匀。但　因其需专门的锅炉设备，费用较高。电加热：将钢筋作为电极，或　将电热器贴在混凝土表面，提高混凝土的温度。此法简单方便，　热损失较少，易控制，不足之处是电能消耗量大。红外线加热：用　高温电加热器或气体红外线发生器对混凝土进行密封辐射加热。　４混凝土冻融破坏　温度的交替变化对混凝土损伤和破坏主要表现在混凝土冻融　破坏。随着冻融次数的增加，混凝土的强度特性均呈下降趋势。　混凝土冻融破坏是我国东北、西北和华北地区水工混凝土建　筑在运行过程中产生的主要病害，对于水闸、渡槽等中小型水工　混凝土建筑物，冻融破坏的地区范围更为广泛。如东北的云峰水　电站，大坝建成运行不到１０年，溢流坝表面混凝土冻融破坏面积　就高达１０　０００　ｒｎ２，占整个溢流坝面的５０％左右，混凝土平均冻融　剥蚀深度达１０　ＣｌＴＩ以上。　参考文献：　［１］艾兵，原明昭．房屋结构在日照作用下温度场的数值计算　［Ｊ］．建筑结构，１９９５（４）：４８．　［２］龚召熊，张锡祥，肖汉江．水工混凝土的温控与防裂［Ｍ］．北　京：中国水利水电出版社，１９９９：３—４．　［３］　宁明仁，韩军胜．北方地区水工混凝土碳化、冻融破坏及防　治浅析［Ｊ］．吉林水利，２００４（６）：２０—２３．　［４］　陆庆．钢筋混凝土温度裂缝的分析及控制［Ｊ］．山西建筑，　２００７，３３（５）：８１—８２．　

Ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ＴＥＮＧ　Ｒａｎ－ｃｈＩｌｌｌ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｕｐｏｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ．ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ　ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｃｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｂｅ　ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｉｍｐｏｒ—　ｔａｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ，ｓｐａｔｉａ１　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｃｕｒｉｎｇ，ｆｒｅｅｚｅ－ｔｈａｗ　

收稿日期：２００９．１０．１０　作者简介：王艳军（１９７７一），男，工程师，中国建筑东北设计研究院深圳分院，广东深圳５１８０００　．７４．　２第ｏ。　ｌ卷ｏ＃第２　期）￣　山　西　建　筑　

表１含钢量经验值统计表　种类　受力纵钢筋／％　非受力纵筋／％　箍筋　腰筋　梁　Ｏ．３５～１．５　Ｏ．３　Ｏ．２５－－０．４　≥２机２，≤＠３００　柱（包括暗柱）　０．５～１．５　０．８１２　墙　０．３５～０．５　０．３５～０．５　板　０．３５～０．６　０．３５～０．６　对各种不同结构体系的用钢量的经验统计结果如表２所示。　表２单位面积钢筋量　ｋｇ／ｍ２　多层　小高层　高层（≤８０　ｍ）　高层（≥８０　ｍ）　框架一　短肢　短肢　框架　异形柱　剪力墙　剪力墙　剪力墙　剪力墙　剪力墙　

３０左右　３０～３５　３５－４０　４５～５０　５０～５５　４０－－４５　５０～６０　１．２剪力墙结构的适宜方案　剪力墙结构设计的方案有多种选择，选择适宜的结构形式，　不仅能保证建筑结构的安全性，而且能大幅度的降低工程造价。　在设计方案及初步设计阶段正确地选择建筑的结构体系以及构　件的截面及采用的材料，对整个建筑的经济性影响是相当大的。　选择较为合适的结构体系，可以在方案阶段总体控制成本。同时　由于上部使用功能的差别，构件截面类型也会有差异，从而导致　成本差异。因此必须在方案设计阶段确定适宜的结构形式。　层数较小（比如２０层以下）的高层住宅，可采用短肢剪力墙　结构体系。２０层以下的高层住宅采用传统的现浇剪力墙结构，各　墙肢轴压比计算值往往较小，墙体配筋为构造配筋，墙体承载能　力远远没有发挥出来，工程费用较高，这时若采用短肢剪力墙结　构，以上不足之处就可以得到解决。在７度区，２０层以下的高层　住宅采用短肢剪力墙结构，结构顶点位移、周期、水平地震剪力一　般可控制在合理的范围内。采用短肢剪力墙结构，由于合理地将　

一部分钢筋混凝土墙置换成砖墙或其他砌体，使得结构自重减　轻，将偏大的结构刚度降下来，结构地震反应减少，工程费用降　低，还增加了结构的延性，使结构的抗震性能提高。　框支剪力墙结构中，上部剪力墙结构可采用短肢剪力墙体　系。在框支剪力墙结构中，为了减少上下层的刚度比，不采用加　大下层刚度的方法，而采用减少上部剪力墙体系的刚度即改用短　肢剪力墙体系，经济效果就十分明显了。　层数较多的高层住宅，最好采用传统的全现浇剪力墙体系。　在层数较多的高层建筑中，如采用短肢剪力墙体系，就使结构较　柔，结构顶点位移和层间位移就不一定能满足规范要求，底部剪　力系数也偏低，结构趋于不安全。但是，在有些情况下若采用传　统剪力墙体系，结构刚度计算值还稍偏大时，可将较大的墙肢开　设结构洞，或将窗台改为砖或其他砌体等措施加以微调。　２工程实例的分析　本工程位于我国南方某市，住宅小区总建筑面积达１０＿８万　，　与本工程类似的住宅楼达１０多栋。如果通过对一栋楼进行结构　设计分析，找到其中可优化改进的地方，就可使结构设计得到部　分的优化、提高建筑产品的性价比、降低单件造价和整个小区的　工程造价。进行结构设计分析的住宅楼为地下２层，地上１６层，标　

准层平面布置图如图１所示。总建筑面积约２万ｍ２。地下２层　为车库和物业办公用房，层高均为３．６　ｍ，首层商业层高３．４　ＩＴＩ，　２层及２层以上层为住宅，层高为２．８　ＩＴＩ。建筑类别为丙类。　Ⅱ类场地，土质不均匀。　

图１　标准层结构布置图　剪力墙及墙厚根据规范及工程层数、层高情况取值如下：１层　及地下层２５０　ｍｍ（地下层外墙厚３００　ｍｍ），２层及２层以上外墙　２００／Ｔｉｍ，内墙１８０　ｌ＇Ｙｌｍ。结构整体计算中剪重比较大结构整体布　置有继续优化的可能。从节省造价角度考虑，暗柱、连梁等处构　件根据计算结构按构造要求配筋（包括局部按计算配筋的），其中　墙体分布筋基本与规范最小配筋及其他构造要求相吻合。优化　结构设计不只是抽钢筋。一栋建筑方案产生后，结构的选型和布　置就存在优化与否的问题。但是，任何建筑体型都可能有最规则　的和最经济的结构布置方案。所以，真正的优化应是全过程的需　要各专业的密切配合。经过优化后的计算指标如表３所示，经济　指标如表４所示。　表３优化后的计算指标　结构　振型号　周期　平均　基底地震剪力／ｋＮ　最大层间位移角　方案　Ｓ　系数　ｘ方向　ｙ方向　Ｘ方向　ｙ方向　

１　１．８３９　５　１．００　原方案　２　１．４００　６　０．６３　１　８６１．８６　１　５０８．９９　１／２　３７６　１／１　６２３　３　１．３４１　９　０．３８　１　１．９９０　３　１．ｏ０　优化后　２　１．６６１　０　０．９５　１　５５３．４５　１　３０２．９７　１／１　９０ｌ　１／１　４１７　

３　１．４８３　９　０．０６　表４优化后的经济指标　钢筋／ｋｇ・ｍ一　混凝土／ｍ・ｍ一２　方案　梁　板　墙　ｌ楼梯　总计　总计　原方案　７．Ｏ６６　８．１９８　３３．２２３　Ｉ　１．１３４　４９．６２１　Ｏ．２９８　优化后　８．５２　８．１３８　２７．３２５　ｌ　１．１３４　４５．１１７　０．　Ｍ