（有效）如何优化剪力墙结构设计降低其综合造价20141121

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高层建筑的重力荷载主要包括结构自重和使用活荷载，是高层建筑承受的长期发生作用的最基本荷载。它直接关系到建筑的质量大小、建筑的地震反应大小、结构构件尺寸、地基基础大小等等。水平荷载主要是地震作用和风荷载。重力荷载直接决定了建筑物的质量的大小，而建筑物的质量是建筑物的重要固有特性，是地震作用计算、结构振动特性计算的基础数据，建筑物质量越大，建筑物对地震的反应越大，作用在建筑结构上的地震作用也就越大，结构构件的截面和配筋、结构基础也将越大，从而工程投资也将加大。

因此结构设计时应注意以下几个方面：

1）应尽量采用轻质高强的建筑材料，减轻建筑物自重，减小地震反应和地震作用，减小基底应力。

2）使用活荷载在设计时应按照《建筑结构荷载规范》的相关要求进行折减。 3）应注意重力荷载计算的准确性。目前我国最常用的多高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE在计算荷载时，未扣除板与梁柱剪力墙重叠部分的重量，这部分引起重力荷载增加约5％～12％。

根据对以往设计的工程的统计，剪力墙结构的高层住宅其结构平均质量为13～15kN/m2,20层以下取中下限，30层左右取上限，可供设计时作为判别结构重力荷载设计是否合理的参考依据。 5、多高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE的一些主要计算参数的选取

1) 水平力与整体坐标角： 一般情况下取0度，平面复杂（如L型、三角型）或抗侧力结构非正交时，理应分别按各抗侧力构件方向角算一次，但实际上按0、45度各算一次即可；当程序给出最大地震力作用方向时，可按该方向角输入计算，配筋取三者的大值。根据抗震规范5.1.1-2规定，当结构存在相交角大于15度的抗侧力构件时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

2) 钢筋砼容重：考虑饰面的影响及扣除板与梁柱剪力墙重叠部分的重量，框架结构取25kN/m3，剪力墙结构取26～27kN/m3。

3) 周期折减系数：周期折减的目的是为了充分考虑填充墙刚度对计算周期的影响，折减得越多，地震作用越大。剪力墙结构填充墙较多时取0.8~0.9，填充墙较少时取0.9~1。

4) 计算振型个数：按侧刚计算时：单塔楼考虑耦联时应大于等于9；复杂结构

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应大于等于15；N 个塔楼时，振型个数应大于等于N×9。地震作用有效质量系数要大于等于0.9，基底的地震剪力误差已很小，可认为取的振型数已满足要求。

5) 是否考虑偶然偏心：高层建筑计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。 6) 是否考虑双向地震扭转效应：质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。不应与偶然偏心同时考虑。 7) 梁端弯矩调幅系数： BT = 0.85。

8) 梁设计弯矩增大系数： BM = 1.00。已考虑活荷载不利布置时，宜取1.0，对于住宅、办公楼等活荷载较小的建筑，宜取1.0。

9) 连梁刚度折减系数： BLZ =0.5~ 0.70。通常当设防烈度为6、7度时可取0.7，当设防烈度为8、9度时可取0.5，为保证连梁承受竖向荷载的能力，折减系数不宜小于0.5。

10) 中梁刚度增大系数： BK = 2.00。 11) 梁扭矩折减系数： TB = 0.40。 12) 全楼地震力放大系数： RSF = 1.00。

6、高层建筑结构设计的一些控制性的目标参数

高层住宅由于建筑使用功能的要求，平面形状一般由建筑专业确定，结构设计人员只能在此基础上想办法提升建筑结构的抗震性能，因此，高层结构设计的难点在于竖向承重构件（柱、剪力墙等）的合理布置。要判断一个结构设计是否经济合理且具有足够的安全度，可以从以下几个方面来进行：

1） 竖向构件的轴压比：主要为控制结构的延性。一级（9度）的抗震墙，底部加强区部位在重力荷载代表值作用下墙肢轴压比不宜超过0.4，一级（7、8度）的抗震墙不宜超过0.5，二级的抗震墙不宜超过0.6。独立小墙肢其轴压比相应减小。

2）位移角（楼层层间最大位移与层高之比） ：主要为控制结构的抗侧刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求，避免结构出现较大的P-Δ 效应。剪力墙结构不宜大于1/1000，框架结构不宜大于1/550。 3）位移比（楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移与楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值）：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。A级高度高层建筑位移比不宜大于该楼层平均值的1.2

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倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂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1.4倍。

4）周期比（结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比）：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。

5）剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。 具体规定详下表。

类别 扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构 7度 0.016(0.024) 8度 0.032(0.048) 0.024(0.032) 9度 0.064 0.04 基本周期大于5s的结构 0.012(0.018) 注：（1）基本周期介于3.5s和5s之间的结构线性插值；

（2）7、8度时括号内数值分别用于基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

剪重比是一个灵活的指标，不能绝对化，更不能孤立地来看待它，而应该结合刚度、周期等其他因素来统一考虑。规范之所以作剪重比的要求，是由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3.5s的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。出于结构安全的考虑，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同烈度下的剪力系数，以弥补加速度反应谱的不足，结构水平地震作用效应应据此进行相应调整。当楼层计算水平地震剪力不满足剪重比要求时，可相应调整增加楼层的地震剪力来满足剪重比要求，而调整增加楼层的地震剪力来满足剪重比要求时对结构成本的控制非常不利。但是调整增大的幅度不应大于1.2，调整幅度大于1.2时应调整结构抗侧刚度而不是简单地增大楼层地震剪力来满足剪重比的要求。当然，最新的多高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE程序可单层单独调整剪重比也是一个技术进步。 6）侧向刚度比：主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚

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度平均值的80%。

7）层间受剪承载力比：控制竖向不规则性。A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%。

8）刚重比：主要为控制结构的稳定性及P-Δ 效应，以免结构产生滑移和倾覆。剪力墙结构刚重比≥1.4，框架结构刚重比≥10时，结构满足整体稳定要求。剪力墙结构刚重比≥2.7，框架结构刚重比≥20时，可不考虑结构P-Δ 效应。 9）振型参与质量：主要是保证计算中考虑了足够多的振型数，保证振型分解反应谱法得到的结果不至于失真，振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量90％所需的振型数。

一般说来，计算结果尽量接近这些参数附近但原则上不超限而且剪力墙、梁（含连梁）、板大部分是构造配筋、含钢量保持在较低水平则可基本判断这个结构设计较为经济合理。

（见7.5度抗震区常德项目5#栋、6#栋含钢量偏高优化案例1附图说明）。 7、主体结构构件材料要求

1) 现浇框架梁、墙节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级设计时，不应低于

C30；按二～四级和非抗震设计时，不应低于C25。现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40。

2) 剪力墙结构混凝土强度等级不应低于C25。 3) 钢筋：

a. 竖向构件纵筋采用HRB335,箍筋采用HPB300或HRB335甚至HRB400，水

平分布钢筋采用HPB300或HRB335。

b. 梁：对于跨度较大内力较大的梁，纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB300

或HRB335甚至HRB400；对于跨度较小内力较小的梁，纵筋采用HRB335，箍筋采用HPB300。应进行综合比较后确定梁钢筋级别。

c. 板：纵筋采用HRB400或HPB300，应根据计算及构造进行综合比较后确

定钢筋级别。

8、主体结构构件截面尺寸构造要求

1) 框架主梁截面高度hb可按（1/10～1/18）lb确定，lb为主梁计算跨度；梁

净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度不宜小于200mm，梁截面的

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