基于虚功原理的剪力墙结构抗侧刚度优化设计（论文）.pdf

·26· 1 工程概况 本项目 9号高层住宅楼位于云南省石屏县异龙镇。地下室 层数为 2层，地下 1层层高为 5.4 m，建筑使用功能为商业 ；地 下2层层高为 3.9 m，建筑使用功能为地下车库。上部主体结 构共25层，1 层层高为 4.2 m，2层层高为 4.5 m，建筑使用功 能均为商业 ； 3层及以上各层为标准层，层高均为 3 m，建筑 使用功能均为住宅。房屋建筑高度为 78.0 m，建筑平面尺寸为 46.2 m ×17.5 m，标准层建筑平面示意如图1所示。 
 
 图1 标准层建筑平面示意 2 结构体系及设计基本参数 9号塔楼上部主体结构采用钢筋混凝土剪力墙结构体系， 结构安全等级为二级。抗震设防烈度为 8度（0.3 g），设计地 震分组为第三组，场地类别为Ⅲ类。 本工程主体结构平面横向面较窄，经计算横向等效高宽 比约为 5.1，大于 JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规 程》表3.3.2中规定的最大适用高宽比 5的设计限值要求。 3 结构横向侧向刚度设计 为满足 GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》（2016 年版） [2] 表5.5.1 中多遇水平地震作用下结构最大弹性层间位移角的设 计限值要求，采用常规设计方法时需将建筑横向隔墙几乎满 布成剪力墙，且户内剪力墙数量多、厚度大，严重影响建筑 使用功能及品质，经济性差。因此结构抗侧力构件布置方案 很不合理。 4 悬臂杆在水平侧向力作用下的结构变形特征 常规结构可看作 1根竖向悬臂杆，现以高度为 H的均质 悬臂杆为例，经计算在倒三角形分布的水平侧向荷载 q作用下， 不同截面高度 x处弯曲变形。 Sw为： Sw=qH 4（λ5–10 λ3+20 λ2）/120 EI （1） 剪切变形 ： S v=kqH 2（3 λ–λ3）/6 GA （2） 式中 ： λ=x/H，E为悬臂杆弹性模量 ； A为截面面积 ； G 为悬臂杆剪切模量 ； I为悬臂杆的截面惯性矩 ； k为截面剪应 力分布不均匀系数，对矩形截面 k为1.2，现假定矩形均质悬 臂杆其截面尺寸为 1 mm ×1 mm； E=1 N/mm 2；q=1 N/mm。 在倒三角形分布的水平侧向荷载 q作用下，不同高宽比 的矩形悬臂杆其不同截面高度处弯曲侧移变形与总侧移变形 的比值详见表 1。 从表1中的计算结果可知，高宽比对结构的侧向变形特征 影响敏感，高宽比越大，整体结构弯曲变形特征越显著 ；在 相同截面标高处，随着高宽比的增大，总侧移变形中弯曲变 形的比例逐渐增大 ；当高宽比相对较大（ H/b≥ 4）时，底部 区域中弯曲变形占比显著。 因此，结构侧向刚度设计时，可根据结构高宽比的大小 判断出结构侧移变形特征，针对各楼层中侧移组成成分占比， 采用合理的抗侧力构件布置方式，从而有效提高整体结构侧 向刚度效率。本工程结构横向等效高宽比约 5.1，由表1中计 算结果可知，各楼层侧移中弯曲变形成分占比显著，增大翼 缘截面面积对提高整体截面抗弯刚度效率更加明显，因此本 ［摘 要］ ?]Q: {g?力 O?r^?? ? ，r??:努?亦 。发?修?? ? ?亦?? ?基好?仕?? ??? ，?(??????"亦 h冗 O? ，???]?_ ? ，<?? 。?? ?姚$???n壤_P 8?堵 ，? & t??? Or?仕??基"?债?Qg，姚$冗 O?失r<君????"??，坤:嫌 ?r?0g? ?。 ［关键词］ _P同 ；亦:努? ；?0g ［中图分类号］ TU 318bbbbb ［文献标志码］ Bbbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2021）17–0026–02 Optimized Design of Shear Wall Structure Lateral Stiffness Based on Virtual Work Principle Pan Jie，Xiong Hou-yuan，Chen Xiao-bin ［Abstract ］The project is a residential project of shear wall structure in high seismic intensity region， and the transverse aspect ratio of the structure is large. In order to meet the code limit requirements of maximum value of elastic storey drift，a large number of shear walls need to be arranged by conventional design method，affecting use of buildings function with poor economic effect. Based on virtual work principle optimization design is analyzed，the distribution position and affecting efficiency of the key lateral force resisting components are in-depth understood，the layout of shear wall along the plane and vertical direction is optimized， improving lateral stiffness efficiency of the structure. ［Keywords ］virtual work principle；large aspect ratio ；lateral stiffness 基于虚功原理的剪力墙结构抗侧 刚度优化设计 潘 杰，熊后元，陈晓彬 （云南省设计院集团有限公司，昆明 650228） 收稿日期 ： 2021–05–19 作者简介 ： 潘杰（1983—），男，河南商丘人，高级工程师，主要研