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绘图员的日子（三十八）结构大咖秀之剪力墙的布置及优化

发布于：2016-05-27 13:13:27 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

结构大咖秀，以工程项目为背景，依托设计规范，探索设计之法，成就设计之道，结构学而思。
时间：2 016.05.12
地点：1号会议室
主讲人：W君，C君，F君（专业负责人，一注）
主题：剪力墙的合理布置及优化

结构壹周秀，最近由几位大咖重燃了往日的激情，怕自己因为一些事又搁置对大咖们的结构心路记录，将此系列并在绘图员的日子系列了。狠下心，对土木在线编辑“布丁”小主许下半月稿的约稿目标，希望自己严格要求自我，能在结构之路越走越远。。。

W君话结构
首先由W君结合工程实际，谈谈自己对剪力墙的布置及注意事项的一些心得。
W君首先谈到剪力墙布置要遵循的原则：均匀、分散、对称和周边布置。在满足建筑功能情况下尽量使纵横两个方向布置剪力墙协调一致；同时尽量使侧向刚度沿竖向宜均匀变化。剪力墙宜布置在结构周圈，尽量避免结构转角位置无竖向构件。当然这些只是布置原则，工程实际错综复杂，建筑师总是脑洞大开，奇奇怪怪建筑层出不穷，迫于龙头老大“淫威”，结构屌丝只得牺牲性能成就功能，有时尽管有不合理之处也得迎难而上了。

周边外圈剪力墙布置的好处是：能提供较好的侧向刚度，减小结构的位移；同时提供较好的抗扭转刚度。根据材料力学惯性矩计算公式可知，周边布置剪力墙，刚度贡献最大。
户型内部剪力墙布置的原则是能减则减，尽量做到均匀布置。因为内部剪力墙刚度贡献有限。户型内剪力墙太多，一是不利于建筑户型以后的改造；二是内部剪力墙太多，对结构扭转计算不利。第一阵型下的扭转周期相对较大，不利于周期比的调整。另外中间墙的布置要注意：让梁传力明确而主次梁受力关系不复杂为原则。内部剪力墙要少而均匀，让梁布置更合理。（传力简洁合理）
剪力墙底部加强区以上部位，在满足墙体稳定性及轴压比控制前提下，剪力墙墙厚度尽量控制在200mm；以便于保证房间空间更大（可以通过适度拉长剪力墙或者提高混凝土强度等级等方式）
布置剪力墙过程中，要注意对地下室重要的位置有无影响，比如看对地下室车道有无影响等，尽量避免转换。
高层剪力墙结构中由于楼梯、电梯的公共服务区域出现楼板大开洞，楼板局部不连续，从概念上来说是尽量要将电梯周圈布置剪力墙筒（两台电梯的中间隔墙可不用布置剪力墙），楼梯靠外墙的也要尽量围成局部筒状，这样才能提高楼体的整体刚度，同时使核心筒范围楼板内的水平力有效传递！(楼梯作为地震等灾害的唯一逃生通道，作为结构抗力薄弱构件，所以也宜通过剪力墙外筒的形式作加强)
在建筑允许的情况下，结合墙身大样，高层剪力墙结构的周圈框梁可适度的加高，提高结构的抗扭刚度。比如飘窗处，一般可反上400-500。
在不影响建筑使用功能情况下，从经济层面，尽量布置长墙更合适。剪力墙短或者数量越多，则暗柱数量也越多，也越不经济，特别是短肢墙，配筋率明显上升。
在剪力墙布置过程中，要尽量保证楼层质心和刚心基本重合。质心和刚心的重合能减少结构刚度偏置于一个方向，能减少结构扭转作用。对位移比和周期比都有作用。调整的原则是：视位移的大小而在刚心偏置的反方向来增加布置剪力墙或者在刚心偏置的方向来减少布置剪力墙。

C君话结构
接下来是C君谈谈剪力墙结构的优化

剪力墙应尽量对齐，核心筒剪力墙布置尽量围成一个筒，这样才能充分提高建筑整体刚度
剪力墙布置应尽量布置在外围，减少内筒刚度，结构抗扭刚度会较好。这点与W君概念一致。
电梯中间的分隔墙可以不做剪力墙，因位于中部的墙体对抗扭刚度贡献很小。楼梯间靠内侧的墙体亦然。
与上述类似的情况，T型建筑前面的两户，其分户墙也可以不做剪力墙。除了对抗扭刚度贡献不大，同时有利于首层大堂架空层的建筑布置。不过要注意对大跨梁的加强。
考虑经济效益，1)18层及以下建筑，剪力墙可尽量取消翼缘墙。2)尽量做长墙，不做短肢墙。 3)做长墙时，如果受力满足，墙长宜控制在长厚比刚好大于8，如墙厚为200时，墙长可为1650或1700。4)当底部墙体轴压比或稳定性不满足要求时，宜加长墙体而不是加宽墙体，因为加宽墙体后构造钢筋增加较多。
核心筒位置注意避开消火栓布置及水电井开门位置，如避让不开，需将消火栓避开暗柱位置。
布置标准层剪力墙的时候，要注意核对首层架空层或顶层复式的结构布置，有时候需适当调整，避免首层转换，或顶层复式无法布置。
小高层建筑或框剪结构的裙楼电梯井，不一定会布置剪力墙，需根据建筑物刚度及结构布置来确定是否布置。

F君话结构
最后来是F君谈谈剪力墙结构概念设计

平截面假定

平截面假定最初是在材料力学中提出，混凝土结构和钢结构均在一定程度上基于此假设条件作出设计简化。
内容摘录如下：垂直于杆件轴线的各平截面（即杆的横截面）在杆件受拉伸、压缩或纯弯曲而变形后仍然为平面，并且同变形后的杆件轴线垂直。根据这一假设，若杆件受拉伸或压缩，则各横截面只作平行移动，而且每个横截面的移动可由一个移动量确定；若杆件受纯弯曲,则各横截面只作转动,而且每个横截面的转动可由两个转角确定。利用杆件微段的平衡条件和应力-应变关系，即可求出上述移动量和转角，进而可求出杆内的应变和应力。如果杆上不仅有力矩，而且还有剪力，则横截面在变形后不再为平面。但对于细长杆，剪力引起的变形远小于弯曲变形，平截面假设近似可用。对于剪力控制的梁和深梁，平截面假定不再适用。符合平截面假定的梁叫做欧拉-伯努力梁，不能忽略剪切变形（即不符合平截面假定）的梁叫Timoshenko梁。
现在的住宅一般都是100m以下（32层左右），相对于平面尺寸而言，整个结构可以按悬臂构件去理解（由于不可能做成实腹式，也就不可能按悬臂构件去设计），那么对于整个结构而言，基于平截面假定，对结构进行概念设计也是可以的。F君谈到的有一处，我的印象比较深刻，现整理如下：
下图为某工程项目的结构布置，由于种种原因导致有些地方结构布置不合理，此图仅为说明一些问题，勿喷！

上面给出了Y向风荷载作用下结构Z向变形图。当时F君就提出了为什么我们要看这个图呢？就是基于平截面假定去看问题。这是我第一次接触这种方式来判断结构的合理性及结构的优化，必须记录一下才行，好的东西就不应该放过，适合以后吹牛，嘿嘿。
不吹了，回正题。上图可看出出现两块拉压区，结构已表现为两个单体，即中间基本被脱开。这样的结构布置将使得Y向很不利。想想两块并在一起的矩形和等高的一个矩形，惯性矩几乎差了4倍。这样的差别怎么来弥补，所以结构布置不到万不得已切不可如此为之。当然遇上强硬的甲方和建筑，你也就从了吧。