某高层住宅剪力墙布置方案对比及结构设计要点探讨

宗玉霞

摘要：本文以甘肃省定西市某高层住宅项目为例，依据《高层建筑混凝土技术规程》（JGJ3-2010）中剪力墙布置的基本原则及相关规程，提出三种不同的剪力墙布置方案，然后采用YJK V2020-3.0软件对三种布置方案的周期与平动系数、各阵型参与质量之和、位移角、位移比等计算指标进行分析和比较，得出剪力墙结构设计中需要重点考虑结构的刚度分布的均匀性、受力的均匀性和投资的经济性等结构设计要点，具有一定的工程应用价值，最终提出最优剪力墙布置，可供日后类似项目技术参考。

关键词：高层住宅，剪力墙结构，方案布置

中图分类号：（TU398）文章标志码：（A）   文章编号：1672-5360（2013）02-0000-00（编辑填写）

1引言

为确保剪力墙结构的底部部位在出现塑性铰以后能够有足够的延性，需要在高层建筑结构的底部部位设置加强区，按《高规》规定，剪力墙底部部位设置加强区的范围是结构底部两层的层高高度和剪力墙墙体总高度的十分之一二者取大值且应该从地下室的顶板算起。高层建筑的高宽比表现在对结构整体的稳定性、对结构的刚度、承载能力和合理的经济指标的宏观控制上，特别是高宽比对经济性的影响，故高层剪力墙建筑的高宽比需满足相应的技术要求。

本文针对高层住宅项目的结构设计特点，运用YJK V2020-3.0软件计算分析，提出了最优结构布置方案，得到了工程应用价值的结果，同时可为日后其它案例提供技术参考。

2剪力墙结构中剪力墙布置的要求

剪力墙结构的平面布置原则：简单、规则、X向、Y向的刚度相差不大。

剪力墙结构的竖向布置原则：从上至下应该连续布置，避免竖向的刚度突变，剪力墙上的洞口宜规则开洞，洞口水平向和竖向对齐布置。若剪力墙洞口不对齐时，可按照图1所示采取措施。

3结构设计方案

3.1项目概况

本项目采用钢筋砼剪力墙结构，地下2层，地上18层，建筑长度为37.80m，宽度为16.70m，建筑高度为56.80m;1层为商业，层高4.20m，2～18层均为住宅，层高为2.90m。

3.2剪力墙布置方案

方案一是根据建筑的平面布置和房间的功能要求进行剪力墙布置，具体见图2。

方案二是在方案一的基础上通过增加结构四周山墙的墙肢长度和部分周边梁的梁高，具体见图3。

方案三是在方案二的基础上通过删除结构左右对称轴上的两个T字型墙肢及调整结构中间部位的梁高，具体见图4。

3.3结构计算分析及计算结果对比

本工程采用盈建科建筑结构设计软件V2020-3.0进行计算分析，通过优化剪力墙的布置，提出三种剪力墙布置方案;通过计算分析得出三种计算结果;取计算结果中的周期、阵型、位移角及位移比等进行分析，得出在不同的剪力墙布置方案对计算结果的影响，结果分析如下：

（1）周期与平动系数

通过计算结果可知，为了限制结构的抗扭刚度太弱，就要限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动周期为主的第一自振周期T1的比值;A级高度的高层建筑Tt与T1的比值不应大于0.90;计算结果得出方案一的Tt/T1为0.8797，方案二的Tt/T1为0.8495，方案三的Tt/T1为0.8327，由此可知，加大了结构周边部位的剪力墙厚度、剪力墙截面高度、梁的高度或减小结构中间部位的剪力墙的厚度、剪力墙截面高度、梁的高度，可使结构的周期比降低，结构的周期比越小，结构的扭转刚度与抗侧刚度的比值就越大，结构的扭转效应就越小，对结构受力越有利。

（2）各阵型参与质量之和

三种方案的计算是在考虑了平扭耦联计算结构的扭转效应的情况下得到的各阵型参与质量之和均大于总质量的90%;满足规范要求;具体计算结果详见表2。

（3）位移角

通过计算结果可知，三种方案的最大层间位移角均小于1/1000，且增大结构周边剪力墙的厚度、剪力墙截面高度及梁的高度后，结构的刚度有所提高，结构的最大层间位移角减小;删除结构中间部位的剪力墙后，结构的刚度降低使得结构的最大层间位移角增大，但仍满足位移角小于1/1000;三种方案对比可知，方案一与方案三的最大层间位移角差别不是很大，说明结构的抗侧刚度无明显大的变化。

（4）位移比

因位移比是计算得出的结构实际存在的扭转量值，规范规定，A级高度的高层建筑在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值不宜大于1.2，且不应大于1.5，由表4可知，三种方案均满足规范要求。且通过方案一至方案三的优化设计，结构的位移比有所降低，说明结构的扭转效应得到了有效的限制。

3.4最优结构布置方案

通过以上分析可知，方案二较方案一加强了结构的周边刚度，使结构刚度分布更为均匀，在荷载作用下使每个构件都能发挥最大作用，使结构受力更为合理。方案三是在方案二的基础上通过删除结构左右对称轴上的两个T字型墙肢及调整结构中间部位的梁高，从而削弱结构的內部刚度，使结构内部刚度与外部刚度差异减小，进而在保证结构安全可靠的情况下达到经济合理的目的。

综上所述，本次推荐方案三为最优剪力墙布置方案。

4结论

本文依据剪力墙布置的基本原则，对某高层住宅项目进行了剪力墙结构布置设计，提出三种不同的剪力墙布置方案，利用YJK V2020-3.0软件从周期与平动系数、各阵型参与质量之和、位移角、位移比等方面进行了计算分析，得出剪力墙布局需重点考虑结构的周边刚度、结构受力均匀性及投资的经济性，具有一定的工程应用价值，最终得到最优剪力墙布置方案。

参考文献

[1] 肖振海. 高层住宅结构方案对比研究和经济性分析[D].

[2] 王舜奇， 宋刚， 宋化为. 某超高层剪力墙结构方案优化设计[J]. 山西建筑， 2011（29）：38-40.

[3] 黄梦铭. 某高层剪力墙结构优化设计与经济分析[J]. 福建建设科技， 2014， 04（4）：29-29.

[4] 王传甲， 胡守营， 陈志强，等. 某高层框架剪力墙结构抗震优化设计及验证[J]. 工程抗震與加固改造， 2008， 30.

[5] 康志宏. 高层剪力墙结构住宅优化设计研究[D]. 2014.

[6] 陈永辉. 高层住宅剪力墙结构（上部结构）优化分析及节材设计[D]. 2015.

[7] 刘阳. 基于Pushover方法的高层分散筒结构与剪力墙结构抗震性能对比[D]. 中国海洋大学， 2014.

[8] 李炎， 王德玲， Li，等. 高层建筑剪力墙结构中剪力墙合理布置的研究[J]. 长江大学学报（自科版）， 2016.

[9] 赵蒙. 高层框架—剪力墙结构的剪力墙合理布置研究[D]. 成都理工大学， 2014.

[10] 张金海， 王湘安. 高烈度区高层住宅剪力墙结构布置探讨[J]. 低温建筑技术， 2019， 041（004）：47-49，53.