剪力墻結構設計論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇剪力墻結構設計論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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1引言

高層建筑是城市重要組成部分，建筑可以美化城市，而有一些標志性建筑甚至在某種意義上代表了這座城市城市，例如如廣州的小蠻腰和上海的東方明珠塔，都是國際性大都市的標志。因此，城市和建筑互相依賴，彼此生存。如今，土地資源稀缺，高層建筑已成為城市建設的主體，是城市生活的主流建筑，也是當代建筑的發展趨勢。隨著人民生活水平的不斷提高，對居住舒適性的要求也有所提高，特別是對住宅公寓的要求越來越高。剪力墻結構的壁厚與填充墻、平面的厚度是一致的，保證室內無框架柱突出，可有效提高空間利用率，因此，高層住宅剪力墻結構應用的十分廣泛。

2建筑結構設計中剪力墻結構概念方案布置

剪力墻結構概念方案布置是進行剪力墻結構設計的前提，而布置設計的合理性與否對整個工程造價有很大的影響，下面對剪力墻結構布置進行簡單的介紹。剪力墻布局應沿兩個主軸方向雙向進行布置，盡量做到分布均勻，這種安排，能夠讓兩軸剛度盡可能接近。剪力墻集中布置會導致結構載荷中心和剛度中心偏移，造成較為嚴重的扭轉效應。剪力墻的分散布置會導致梁板跨度加大和剛度分布不均勻，而在跨度增大時，會增加結構的重量，增加地震效應，從而增加工程造價；另一方面，剪力墻間距太大，以致于單片剪力墻承受荷載過大，增加了軸壓比，從而對剪力墻延性設計產生影響。以及結構在不規則的地震扭轉薄弱部位凸起后形成棱角。扭轉大變形導致扭轉破壞。因此，考慮剪力墻平面布置，應單獨布置，并用對角線局部加強。在平面角部盡量布置L形墻肢，還可采取設置端柱及轉角部位樓板中設置暗梁等構造措施進行加強，以達到提高其扭轉剛度的目的。剪力墻豎向布置宜沿房屋高度通高布置、上下對齊、連續布置，墻厚及墻長沿高度宜均勻變化，以達到豎向剛度逐漸變小，從而能夠有效避免豎向剛度發生突變情況。這樣既經濟又能滿足承載力、側向變形的要求。因此，剪力墻結構的布局對整個結構的合理性和經濟性有直接的影響。目前，結構的經濟性已成為結構設計中必須考慮的因素。在滿足安全的前提條件下，最大限度地利用有限的資源，是結構工程師要去探索的問題。因此，在合理布置剪力墻的前提下，盡可能節約經濟，降低工程造價。而對于結構的關鍵部分或者計算模型與實際情況不相吻合的部分，至少使用兩種不同結構軟件進行了分析計算，并進行了圍護結構設計，加固了結構。在概念布局的早期階段，結構設計師應與建筑師密切合作，確定合理的安排以避免不規則或嚴重的不規則的平面與立面。實現技術先進，安全適用，經濟合理的總體設計，達到降低總成本的目的。

3剪力墻的特征及其種類

從整體上來說剪力墻的特點有下面幾點，其側向剛度很強。還有一個相對比較小的側移，如果發生地震可以吸收更多的地震能量。在剪力墻結構的應用中，室內墻體很平整，但剪力墻結構，在施工的時候需要很多環節，所以造價相對較高。如果按照剪力墻結構開洞與否可分為以下幾種：小開洞剪力墻、壁式框架、實體墻、雙肢或多肢剪力墻等。這些剪力墻各有不同的應用特點，每個結構設計人員應針對具體的建筑結構，選擇合適的剪力墻結構形式。

4建筑結構設計中剪力墻結構受力分析

剪力墻結構設計有自己的設計原理及其原則。由于剪力墻通常比普通墻的厚度大且寬，所以它的特征比較像板，但是還是有一定的區別，剪力墻通過壓彎構件計算，板根據彎曲構件計算。因此有必要在結構設計分析中考慮到具體的設計差異。此外剪力墻墻肢長度，壁厚范圍都有自己的特點，當高度和墻段比厚度小于或等于4，應按框架柱的結構設計；當墻肢截面高度與厚度之比大于8時，使用一般剪力墻；當墻肢截面高度與厚度之比在4~8之間時，則要使用短肢剪力墻，這些也是剪力墻的結構設計的基本原則。剪力墻結構由一系列縱向剪力墻和橫向剪力墻以及由空間結構組成的梁板組成。在兩種負荷的主要：一是豎向荷載，豎向荷載主要是梁板傳來的活載、恒載、豎向地震作用及剪力墻身自重；其他主要是水平荷載，地震作用和水平風荷載。剪力墻內力和變形分析包括承載力極限狀態和正常使用極限狀態分析。在極限承載力狀態下，剪力墻在各種工況下不受破壞，能安全承受重力荷載。在正常使用極限狀態下，結構變形滿足規范要求，在滿足設計要求的基礎上結構經久耐用?？蚣芙Y構的變形主要是剪切變形，剪力墻的變形主要是彎曲變形。為了實現剪力墻的彎曲破壞的延性破壞模式?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》中有規定，墻的長度最好不要超過8m。事實上，有兩個主要因素影響剪力墻的破壞模式是軸壓比和剪跨比，只要軸壓比小于規定的限值而剪跨比大于2，可以實現延性破壞模式。當剪力墻的長度超過8m時，盡可能在墻體中部開洞，形成一個雙墻肢，通過弱連梁連接，一般來說剪跨比也會大于2，可以滿足延性破壞的要求。在地震作用下，通過連接梁的能量，梁端首先進入塑性變形，形成塑性鉸，使梁成為抗震的第一道防線。

5連梁設計

高層住宅剪力墻結構，由于墻長較長時通過開洞或剪力墻平面內梁跨較小形成連梁，如果出現跨高比較小的連梁，在計算過程中，容易產生過度抗剪的連梁，通常有以下解決方案：①增大連梁的截面積，可以增強連梁本身的抗剪能力，但梁的剛度相應也會增加，吸收的地震力也會增加，只能增加有限的抗剪承載力。在梁寬固定的情況之下，可以使用加高梁高的方法；當梁高是一定的，可以擴大梁寬，增大斷面的連接剛度，但寬度對連梁剛度貢獻較小，僅是一個線性關系，使得分擔剪力的增加值小于抗剪力的提高值。②調整設計內力，在提高連梁截面對提高抗剪承載力沒有影響的狀況下，可人為的降低連梁的剛度，來控制剪切力的分配比例，并解決了連梁的抗剪性能問題。最簡單的控制方法是在計算參數選擇時，通過調整連梁剛度折減系數，只有在采用內力配筋計算時才可以。在整個計算和非地震荷載作用下，連梁的剛度不會降低，連梁應具有足夠的抗彎承載力和抗剪承載力，以滿足正常使用的要求。對于跨高比大于5的連梁，應根據設計的框架梁，滿足框架梁的要求。③可作水平縫從而形成雙連梁、多連梁或其他結構措施，以提高抗剪承載力，如設置交叉暗支撐等措施，以提高連梁的抗剪承載力。

6結語

中國的國民經濟和建筑結構設計整體水平與發展規模都在提升，高層建筑將成為現代建筑的主流。剪力結構在側向剛度、側向變形等方面具有一定的優勢，在高層建筑中得到廣泛應用。因此掌握剪力墻結構的特點，對剪力墻結構設計有很好的把握。我們要從設計的基本原則出發，設計更加經濟合理的剪力墻結構。因此建筑結構設計人員要根據剪力墻結構設計原理有明確的認識，同時，不斷從設計實踐出發來推動中國建筑業整個工藝設計水平的提高。本文從剪力墻結構設計的概念開始。就建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用進行了介紹，希望以此促進行業發展。

參考文獻

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[2]孫雪蘭.淺談高層剪力墻結構的優化設計[J].山西建筑，2010（8）.

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2剪力墻結構設計

對于剪力墻結構的設計是一個非常復雜、專業的過程，其中具有著很多個設計步驟。對此，就需要我們在對剪力墻結構進行設計之前就能夠對剪力墻結構設計的步驟進行充分的了解，并對墻肢所具有的厚度與長度進行確定。之后，則需要開展連梁以及邊緣構件的設計，最終對地震荷載進行計算。

2.1墻肢長度與厚度的設計

之前我們已經提到過，在剪力墻設計的過程中其長度不應當過長。對此，我們就需要對墻肢長度設置進行一定的控制，避免長度過長。一般來說，墻肢長度不應當超過8m，且跨高比應當大于6，并以此幫助我們獲得更為穩定的剪力墻設計。在厚度方面，我們在實際設計時則需要能夠對剪力墻所具有的穩定性以及剛度作出保證。通常來說，一般居民建筑的填充墻厚度會保持在200mm左右，在剪力墻厚度設計時也將其設置為200mm。而對于部分不含地下室的高層住宅來說，則將其基礎埋深選擇在2.5m以上，強度高度在5m以上，之后再根據適當的比例對剪力墻進行確定。但是對于這種方式來說，其很可能使最終的剪力墻厚度大于填充墻厚度，這也是非常不利于我們高層建筑設計的。對此，就需要我們在對剪力墻厚度設計時能夠在聯系建筑實際情況、相關建筑設計規程的基礎上對其進行科學的設計。

2.2連梁的設計

連梁就是對墻肢之間進行連接的梁，其不僅能夠幫助我們對不同墻肢進行連接，同時也能夠在水平荷載的作用下使墻肢因為出現變形情況對連梁產生一種內力，并以這種內力的產生對墻肢施加一種穩定的約束作用。在實際設計中，首先需要重點關注的就是截面尺寸以及連梁跨高比這兩個指標。如果連梁剛度過大，就需要我們對其進行適當的折減，但是，在對剪力墻進行設計時，僅僅根據相關的設計標準很難幫助我們實現配置的折減，對此，就需要我們能夠允許其適當的出現開裂的情況，并以這種開裂情況的存在將內力轉移到墻體上來實現折減的效果。而在折減過程中，也需要我們能夠對折減的系數引起充分的重視，通常來說，如果防裂度較低，那么我們就可以根據情況折減的少一些，而如果防裂度較高，就可以折減的多一些。但是，無論我們折減的多、少，都需要保證折減系數應當大于或者等于0.5，因為只有在這種折減系數下才能夠使連梁所承受到的豎向荷載能夠得到保障。而在連梁剛度方面，我們則可以通過增加剪力墻洞口寬度的方式減小連梁剛度，因為當整體結構的剛度降低時，當發生地震時的地震作用也會因此降低，并可以保證連梁所具有的承載力不會出現超限的情況。另外，混凝土也是我們在設計時需要重點注意的問題，通過混凝土等級的提升，也能夠對連梁抗剪承載力的不超限情況起到一個保障作用。

2.3邊緣構件的設計

邊緣構件也是我們在剪力墻設計過程中非常重要的一項工作。對于邊緣構件而言，有約束邊緣構件的矩形截面剪力墻和無約束邊緣構件剪力墻相比有著明顯的優勢，具有著更高的基線承載力，同無約束情況相比其承載力能夠提升約40%左右。而在類型方面，邊緣構件主要有構造邊緣構件以及約束邊緣構件這兩種，在實際應用的過程中都需要我們在聯系建筑實際情況的基礎上對其進行設置。

2.4地震荷載及內力設計

如果建筑主體結構布置情況較為簡單，那么我們在對剪力墻結構進行設計時則可以通過空間協同平面框架的應用對其進行計算。而如果建筑主體結構布置情況較為復雜，我們則可以通過空間分析程序對其位移、內力等因素進行分析。同時，在實際設計過程中，我們也需要以簡化計算的原則開展設計工作，且在對地盤長寬進行計算時需要能夠在結合建筑主體結構長寬的基礎上對其開展分析工作，并盡可能地以成比例的方式進行設計。

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高層建筑剪力墻結構設計不僅要滿足高層建筑結構的各項要求外，也需滿足規范對此類結構所有其他規定。同時，還要加強構造處理方面的各種措施。在進行結構的整體設計計算時，轉換層上下結構的側向剛度比應符合規范要求，并應嚴格控制結構在地震作用下的位移值和扭轉效應，使結構布局合理。本文結合工程實踐，主要論述了高層建筑剪力墻結構設計要點及注意問題。

1 工程概況

某高層住宅建筑，分為A、B、C 3棟，一共16層，地下室為2 層，層高為 3.6m和4.5m，A、B棟主體結構層高61m，；地上1層為居民活動空間，高5.2m；2～16層為住宅，層高 2.9m，以上至屋頂層高均為 3.0m。

2 結構設計

2.1 轉換體系的選取與計算

框支轉換層樓板在地震中受力變形較大，其在整體電算中的模型選擇很關鍵。由于工程轉換梁上部層數多，地震時樓板將傳遞相當大的地震力，其在平面內的變形是不可忽略的。因此采用彈性板或彈性膜的計算模型較為適宜。由于彈性板的平面外剛度在整體計算中已被計入，相當于考慮了板對梁的卸荷作用，會使梁的設計偏于不安全。在進行整體結構分析時，將轉換層樓板用彈性膜單元模擬。

2.2 嵌固端與轉換層樓板板厚的確定

工程以±0.000 板作為嵌固端，既保證上部結構的地震剪力通過地下室頂板傳遞到全部地下室結構，同時能夠保證上部結構在地震作用下的變形是以地下室為參照原點?！犊挂帯返?6.1.14 條規定：當地下室頂板作為上部嵌固端部位時，地下室結構的側向剛度與上部結構的側向剛度之比不宜小于2。故地下室頂板厚度取200mm，同時，為了有效地將水平地震力傳遞給剪力墻，在應力集中的樓層，將樓板厚度加大，轉換層樓板取180mm，與其相鄰的層也適當加厚至150mm。

考慮抗震需要，施工圖階段時更有意提高轉換層配筋率，使單層配筋率達到0.35%，以進一步提高轉換層樓板和框支大梁共同作用的能力?？紤]到梁寬大于上部剪力墻的兩倍，寬度較寬，對邊轉換梁，板面鋼筋不是簡單地要求伸入梁內滿足錨固要求即可，而是要求必須貫穿梁截面，以確保梁內扭矩在板上的有效傳遞。

2.3 框支柱與剪力墻底部加強部位墻厚的設計

框支柱作為框支剪力墻結構體系中重要的構件，它的安全度直接決定了整棟建筑的抗震潛力，因而框支柱的延性和承載力成為設計的關鍵。框支柱應在計算的基礎上，通過概念設計和抗震措施進行設計。調整框支柱總剪力不小于0.30，框支柱的抗震等級定位一級，為了增加其延性，軸壓比不超過 0.4，其最小配箍特征值比一級增加 0.02 采用，框支層剪力墻軸壓比控制在 0.6 以內，以保證剪力墻有足夠的剛度。

抗震設計時，剪力墻的底部加強部位包括底部塑性鉸范圍及其上部的一定范圍，其目的是在此范圍內采取增加構造邊緣構件箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強措施，避免脆性的剪切破壞，改善整個結構的抗震性能。為了保證底部加強部位處剪力墻的平面外剛度和穩定性，《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（以下簡稱《抗規》）及《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010（以下簡稱《高規》）分別規定了剪力墻底部加強部位墻厚的取值。其中，考慮到高層建筑結構的重要性，《高規》對墻厚的取值更加嚴格。取《高規》第 10.2.2 條規定：帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位的高度應從地下室頂板算起，宜取至轉換層以上兩層且不宜小于房屋高度的 1/10。

2.4 轉換層上、下結構側向剛度比的確定

工程實踐中，框支剪力墻結構體系是對結構本身來說是很不利的，為了加大底部大空間樓層的抗側剛度，使上下剛度接近，《高規》規定：需要抗震設防時，轉換層上下剛度比不應大于 2，同時不應小于 1。為了滿足此要求，對底部的落地芯筒及少量的落地剪力墻均予以加厚，落地芯筒周邊墻體加厚至300mm（上部為250mm），少量的落地剪力墻加厚至 400mm（上部為250mm），同時轉換層以下的混凝土強度等級定位 C45（上部為C35），最終大部分單元剛度比均控制在1.4左右，只有少數單元較大，但也控制在1.8以內。

由于高層結構中轉換層的出現，沿建筑物高度方向剛度的均勻性會受到很大的破壞，力的傳遞途徑會有很大的改變。如何計算轉換層上、下結構側向剛度比是帶轉換層高層建筑結構設計時必須解決的主要問題。《高規》附錄 E 分別規定了底部大空間層數不同，轉換層上、下結構側向剛度比的計算方法。其中轉換層上、下結構的等效側向剛度比的計算綜合考慮了豎向抗側力構件的抗剪剛度和抗彎剛度，因此更能反映帶轉換層的高層結構沿高度方向剛度變化的實際情況。轉換層上、下結構的等效側向剛度比按公式（1）計算，為了便于計算頂部位移，可以將頂部單位水平力適當放大。

1H2

γe≤ （1）

2H1

結構設計時可以應用“高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件”（SATWE）計算轉換層上、下結構的等效側向剛度比，具體計算步驟如下：①采用 PMCAD 建立結構計算模型；②采用 SATWE 前處理程序形成風荷載數據文件 WIND.SAT；③分別修改計算模型的風荷載數據文件，將頂層剛性樓板的 X、Y向風荷載的 X、Y軸均設置為500kN，Z 軸扭轉分量設置為 0，其余各層 X、Y 向風荷載的X、Y 軸分量以及Z軸扭轉分量均設置為 0；④運行SATWE中結構分析及構件內力計算程序，求出計算模型 1、2的頂部位移；⑤應用公式（1）即可求解出轉換層上、下結構的等效側向剛度比。

通過上述方法計算得出的轉換層上、下結構的等效側向剛度比宜接近 1，非抗震設計時不應大于 2，抗震設計時不應大于 1.3。

2.5 抗震設計

框支剪力墻結構的局部加強范圍，對本工程來說，取框支部分所臨近兩個2～3個開間所包圍的區域。在進行框支柱、梁內力調整時可按此調整加強部位有關剪力墻、框支柱和梁的內力。局部框支加強范圍以外，可按剪力墻結構設計。兩者交接部分應加強連接構造，如板邊設暗梁、梁板配筋加強等，以保證水平剪力傳遞。

建筑專業為了立面處理的需要，希望在建筑平面的角部開窗，墻體角部在地震作用下，是較敏感的部位，特別當結構平面不規則時，由于平面的扭轉，引起內力重分布，將使震害加劇，使得此處的連梁分配更多的地震力，容易產生連梁的超筋問題。因此，需要對此處的連梁采取構造加強措施，本工程主要采用了以下幾點：①角部開窗的墻體為無翼緣墻體，《抗規》6.4.1 條規定墻體厚度，當無端柱或翼墻時不應小于層高的 1/12，本住宅層高 2.9～3.0m，故角部房間墻段厚度取250mm；②由于角部墻體無翼緣，延性較差，應在墻體端部設置暗柱，并適當的加強配筋；③為了增加墻體平面外的穩定性，可在每層樓板角部處附加鋼筋板帶配10Φ12mm 鋼筋，兩端各錨入暗柱內，長度≥35d。樓層加強，雙層雙向且均按受拉鋼筋錨固于墻內和梁內。

3 結構設計中應注意問題

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1.問題產生

隨著房地產市場由粗獷型向集約型方向的發展，業主對工程造價的重視程度大為提高，甚至超越了建筑專業功能、外觀等苛刻要求。論文格式。工程設計造價的高低成為承接工程設計的先決條件，因此根據建筑功能選擇結構受力特性良好、經濟性能優越的結構體系方案，成為結構設計人員必須面對的課題。

所謂小高層住宅，通常是指十一層加躍層（2006住宅設計規范規定十一層）以下的高層住宅。對結構設計來說有如下可行的結構體系方案：剪力墻結構、框架剪力墻結構、短肢剪力墻結構、異型柱框架剪力墻結構。本文結合實際工程，對以上四種結構形式的受力分析，經濟造價進行綜合比較，為類似工程的設計，提供了值得借鑒的有益經驗。

以某位于沿海地區大型城市，地下一層、地上11層小高層住宅為例，高度35米，設計風荷載按C類地面粗糙度，基本風壓0.5KN/m2設計，抗震設防烈度為七度第一組,設計基本地震加速度值0.1g，建筑抗震類別為乙類,結構安全等級為二級, 建筑場地土類別為II類，設計使用年限為50年。

2.各結構體系受力性能

2.1 剪力墻結構：

剪力墻結構通常是指布置的墻體其剪力墻肢肢長和肢厚比大于8的結構，特點是整體性能好，側向剛度大，水平力下側向位移小，并且由于沒有梁柱等外露與凸出，便于房間布置。是一種傳統、成熟、受力性能良好的結構形式，其缺點是結構墻體相對多、剛度和自重較大，一段時間以來應用減少。隨著2002新規范的應用，該結構又顯示出無窮的生命力。現在小高層住宅剪力墻結構，不再是以往大面積的墻體布置，而是緊扣規范條文，適當控制墻肢肢長和肢厚比的限值，使之稍微大于8，從而減少結構剛度和地震力，避開高規對短肢剪力墻結構近乎苛刻的限值，達到減少造價的目的。

2.2 框架剪力墻結構：

是指由普通框架柱和一般剪力墻共同組成的一種結構形式，由框架和剪力墻共同承擔豎向和水平荷載，它結合框架和剪力墻受力的優點，又能獲得較大空間房屋，但是由于現在建筑平面布置的靈活性，框架布置非常復雜，很難形成規則的受力體系，并且隨著房間布局的變化，容易產生柱楞和凸出的大梁，影響外觀和使用功能，同時由于多次受力轉換，降低梁板受力性能，增加了結構造價。論文格式。因此除特別規則住宅建筑采用外，目前小高層住宅設計中較少采用。

2.3 短肢剪力墻結構：

短肢剪力墻結構是十多年前由南方沿海發展開來的一種結構形式，為避免剪力墻結構剛度太大的缺點，適當減少墻體長度，使剪力墻墻體肢長和肢厚比取5～8倍。在設計之初，由于沒有明確國家規范，設計理論、計算方法和構造措施均參照剪力墻結構設計進行，因此設計隨意性較大，不夠科學嚴謹。在2002年新修訂的高層建筑混凝土結構規程（JGJ3－2002）才明確了具體設計方法。由于該結構在地震區經驗不多，為安全起見，對這種結構設計的最大適用高度、使用范圍、抗震等級、一般剪力墻承受的地震傾覆力矩、墻肢厚度、軸壓比、截面剪力設計值、縱向鋼筋配筋率都作了非常嚴格規定。尤其是高規7.1.2.2規定：抗震設計時，筒體和一般剪力墻承擔的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構總底部地震傾覆力矩的50%；高規7.1.2.3規定：短肢剪力墻的抗震等級比一般剪力墻提高一級采用；高規7.1.2.4規定：短肢剪力墻軸壓比提高0.1到0.2；高規7.1.2.5規定：短肢剪力墻根據抗震等級不同，剪力設計值乘以1.4和1.2增大系數；高規7.1.2.6規定：短肢剪力墻全部縱向鋼筋配筋率對底部加強區不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%；高規7.1.2.7規定：墻肢厚度不應小于200。一系列規范條文的限制，使結構造價直線提高，因此此類結構形式在小高層住宅中的運用迅速減少。論文格式。

2.4 異型柱框架剪力墻結構：

異型柱框架剪力墻結構,是由天津市異型柱規程(DB29-16-98)和廣東省異型柱規程(DBJ/T15-15-95)等地方規程發展起來的新型結構形式，墻體肢高和肢厚比不大于4，柱肢受力特性復雜，由于該結構形式抗震性能存在很多爭議，過去由于一直沒有得到國家規程承認，在很多地方因需通過超限審查而受到限值。經過近幾年不懈試驗研究，終于通過國家抗震規范審查，今年八月一日正是以國家規程（JGJ149－2006）的形式生效，從而使結構設計人員有了可靠權威的設計依據。對這種結構形式，規程對其最大適用高度、使用范圍、抗震等級、一般剪力墻承受的地震傾覆力矩、墻肢厚度、軸壓比、截面剪力設計值、縱向鋼筋配筋率、體積配箍率等也都作了嚴格規定。同時由于結構斷面較小，規范5.3.1強制條文規定應進行梁柱核心區受剪承載力計算。該結構是發展了框架剪力墻結構，同時避免了框剪結構適用性不好的缺點，受到業主和用戶歡迎，但是必須明確，由于異型柱斷面很小，梁柱節點核心區鋼筋密集，施工振搗困難，從而使之力學性能和抗震性能受到削弱，需仔細進行核心區計算。這種結構形式是我國目前迎合中國經濟還不是很富裕、渴望減少土建造價的國情的獨創，隨著綜合國力的提高，其發展前景必然會受到一定限制。

各結構體系經濟比較

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中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

剪力墻結構是建筑結構中常見的形式，對于高層預制鋼筋混凝土疊合剪力墻結構的設計具有多種形式。目前，較為常見的設計形式包括兩種，通過對這兩種形式的簡化，應用計算機軟件對其進行有效的分析、計算，實現了對高層預制鋼筋混凝土疊合剪力墻結構的設計的優化。下面就通過具體的工程對其進行詳細的分析。

1.工程概況

鋼筋混凝土剪力墻結構在我國高層住宅建筑工程中應用較為廣泛。通過PC技術實施的鋼筋混凝土剪力墻結構被稱為預制鋼筋混凝土疊合剪力墻結構，現階段由于沒有完善的設計規范以及配套的設計標準，所以PC結構設計在建筑住宅規范化、產業化發展的過程中具有重要的作用。

某工程為兩棟18層的住宅樓，建筑面積為2.36萬平方米。其中第一層為架空綠化空間；2~15層為標準層；16~18層具有局部退層。該項工程中，PC技術主要應用范圍是3~15層。兩棟樓房中一共有26層標準層。應用PCF構件，即在建筑外山墻中利用預制鋼筋混凝土剪力墻模板；采用PC+PCF混合構件，即在建筑前后外墻結構中采用預制鋼筋混凝土模板。

該工程中，PCF模板在工廠中事先制作好，形成模板與外飾面，并在施工現場進行安裝，將其當做現澆鋼筋混凝土剪力墻外墻模板結構，然后在結構內側設置相應數量的鋼筋。然后支設內膜結構，并安裝預制鋼筋混凝土模板，形成疊合剪力墻結構。具體情況如下圖所示：

預制外墻PC是通過將剪力墻結構外墻的填充墻部分，通過預制形成外模，在內側可填充輕質材料：外模使用鋼筋與現澆筑的墻以及梁連接起來。

2.高層預制鋼筋混凝土疊合剪力墻住宅結構設計

該工程建筑抗裂度為Ⅵ度，剪力墻的抗震等級為4級。根據兩棟樓房建筑結構，建筑平面較為規則，建筑豎向結構較為連續。因此本工程能夠使用鋼筋混凝土剪力墻結構。在該工程建筑中設置地下結構一層，其基礎為預應力管樁結構，并以筏板作為輔助結構。PC結構設計與傳統的建筑結構設計存在較大的去唄，在內容上得到了更新與完善。實際設計中，主要采用以下兩種設計方式：

方式一：建筑項目中豎向抗側力構建全部采用現澆鋼筋混凝土剪力墻結構或柱結構。這種設計忽略了PC構建以及PCF構件剛度要求以及其對建筑相關結構的影響，將PC構件以及PCF構件當做建筑荷載設計在建筑整體結構體系中。設計過程中使用現行的軟件與設計規范對該結構設計方式進行計算與分析。

方式二：建筑結構中添加了PC與PCF構件結構，會增加剪力墻結構的剛度。根據可靠實踐證明，預制鋼筋混凝土疊合剪力墻彈性變形范圍內，現澆墻體結構能夠與預制模板結構協同作業。該設計形式就是根據實際的情況，合理設計預制鋼筋混凝土疊合剪力墻的厚度，控制建筑結構的剛度以及位移。疊合剪力墻墻體的厚度等于現澆剪力墻墻體厚度與預制鋼筋混凝土模板厚度之和。通過相應的建筑結構計算與分析，以建筑周期、結構位移、剛度等計算結果作為設計的主要依據。

3.建筑主體結構設計

通過相應的計算與分析，該工程所采用的設計方式，能夠通過PC結構進行簡化，并通過現行的設計規范與軟件形成相應的設計模型。在實際設計過程中，需要考慮到PC、PCF構件結構對建筑其他結構的影響，包括剛度的影響，并根據相關的計算對計算模型相關參數進行適當的調整。有關的設計參數必須符合設計規范要求，同時也應該與高工程設計方案相適應。

通過相應的計算，并對上述兩種設計形式計算結果比較中可知，PC與PCF構件對建筑結構剛度的影響程度。PC、PCF結構對結構周期、位移等都具有微小的影響，但是不會對建筑整體結構計算造成影響。在預制鋼筋混凝土疊合剪力墻結構設計過程中，不僅需要考慮PC、PCF結構剛度，還需要綜合考慮其對建筑結構剛度的影響，對建筑結構位移、周期進行有效的控制。

4.建筑結構設計中常見的問題

在高層預制鋼筋混凝土疊合剪力墻住宅結構設計過程中，不僅需要對PC結構主體進行合理設計，還需要對相關構件結構進行合理設計，形成完整的設計模型、體系。在具體的設計過程中，常見的設計問題體現在以下幾個方面：（1）應該重視現澆混凝土結構域疊合剪力墻結構的協同工作，重視PCF構件對建筑結構中的優化作用；（2）在PC、PCF構件的脫模、運輸存放以及安裝就位和現場澆筑混凝土等施工狀況下的剛度以及強度計算應根據實際工程項目的設計以及施工開展；（3）Pc構件與主體建筑具有多種連接方案，柔性方案與剛性方案的特點不同，各有優勢以及缺陷，本工程所使用的是柔性方案；（4）在建筑結構體系當中，有其他部位預制構件的使用例如陽臺、樓梯和疊合樓板的預制件，能在一定程度上對建筑結構的導荷方式以及建筑模型的假定存在一定的影響，在實際的計算過程中應考慮全面；（5）在設計的設計過程中，應該加強對各個結構連接部位的設計，設置合理的連接構件，確保整體結構的穩定性。

5.總結

本文通過實際建筑工程，并以工程預制鋼筋混凝土疊合剪力墻結構設計的計算分析為基礎，對高層預制鋼筋混凝土疊合剪力墻住宅結構設計方式進行分析探討，為相關人員在這一方面的工作提供能參考。我國建筑行業發展具有悠久的歷史，但是PC技術起步較晚，應用到實際工程中也相對較少，同時也沒有形成完善的設計規范以及施工標準與驗收標準。這就需要相關的工作者加強對該領域的研究，對PC結構設計進行不斷的完善，形成完善的設計模型與體系，為我國高層建筑發展提供技術支持，促進我國建筑行業的發展，為城市化建設作出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]潘劍鋒.高層預制混凝土疊合剪力墻住宅結構設計經驗談[J].建材與裝飾.2013,26(8):124-125.

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1 梁式轉換層結構形式

高層建筑結構下部受力比上部大，按常理來說，在高層建筑結構的設計中就要考慮下部的剛度要大于上部結構；采用的措施就是下部增加墻體、增加柱網，而上部逐漸減少墻柱的密度。顯然，這在高層建筑設計中是不現實的，因為高層建筑的使用功能對空間要求卻是下部大空間，往上部逐漸減小，因此對高層建筑結構的設計就要考慮反常規設計方法。在《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）中，規范對轉換梁的最小高度和寬度作如下規定：框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應方向的截面寬度，不宜小于其上墻體截面厚度的 2 倍，且不易小于400mm；當梁上托柱時，尚不應小于梁寬方向的柱截面寬度。進行抗震設計時，轉換梁高不小于其跨度的1/6；非抗震設計時，轉換梁高不小于跨度的1/8。從該設計規程中可知，采取這些限制主要是保證轉換梁結構的整體剛度，增強結構的可靠性。

1.1 梁式轉換層結構形式

實際工程中應用的梁式轉換層結構有多種形式，主要原理就是利用下部的轉換大梁來支托上部結構。

1.2 梁式轉換結構受力機理分析

梁式轉換層結構的傳力途徑為墻—梁—柱（墻）的形式，傳力直接，便于分析計算。轉換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉換大梁的相對剛度和轉換大梁與下部支撐結構的相對剛度影響。為弄清轉換梁結構與上部墻體共同工作的性能，對轉換梁承托層數對其內力的影響用有限元程序進行了分析，從分析結果中我們知道，對一般結構轉換大梁，上部墻體考慮三層與考慮 4 層、5 層內力的設計控制內力差異不大于 5%，故在分析計算時可只考慮計算 3 層。從計算分析不論轉換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時轉換大梁也會有一段范圍出現受拉區。

2 梁式轉換層的結構設計

2.1 結構豎向布置

高層建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變。然而帶轉換層的高層建筑結構顯然有悖于此，因此對轉換層結構的側向剛度作了專門規定。對該工程而言，屬于“高位轉換”。轉換層上下等效側向剛度比宜接近于 1，不應大于 1.3。在設計過程中，應把握的原則歸納起來，就是要強化下部，弱化上部?？梢圆捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N：1）與建筑專業協商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可在底部增設部分剪力墻（不伸上去）。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還與建筑專業協商后，讓兩側各有一片剪力墻落地。這些無疑都大大增強了底部剛度。

2）加大底部剪力墻厚度。轉換層以下剪力墻中，核心筒部分的厚度取為 600mm，其余部分的厚度取為 400mm。

3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

4）提高底部柱、墻混凝土強度等級，采用 C50 混凝土。

5）適當減少轉換層上部剪力墻數目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結構洞，以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結構自振周期，減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后，轉換層上下剛度比在 X 方向為 0.725，在 Y 方向為 0.813，滿足規范要求，效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求，但畢竟工程仍屬于豎向不規則結構，轉換層及其下各層為結構薄弱層，因而應將該兩層的地震剪力乘以 1.15 的增大系數。

2.2 結構平面布局

工程底部為框架—剪力墻結構，體型簡單、規則；上部為純剪力墻結構。在剪力墻平面布置上，東西向完全對稱，南北向質量中心與剛度中心偏差不超過 2m，結構偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強抗扭效果。查閱計算結果，扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85，各層最大水平位移與層間位移比值不大于 1.3，均滿足平面布置及控制扭轉的要求。可見工程平面布局規則合理，抗扭效果良好。

3 梁式轉換層結構的設計與構造

由框支主梁承托轉換次梁及次梁上的剪刀墻，其傳力途徑多次轉換，受力復雜。框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外，還需要承受梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁易受剪破壞。對于有抗震設防要求的建筑，為了改善結構的受力性能，提高其抗震能力，在進行結構平面布置時，可以將一部分剪力墻落地，并貫通至基礎，做成落地剪力墻與框支墻協同工作的受力體系。

3.1 轉換梁的設計與構造要求

轉換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定，以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉換梁不宜開洞，若需要開洞，洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強措施，箍筋要加密，以增強其抗剪能力。上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設計值乘放大系數1.2。當洞口內力較大時，可采用型鋼構件來加強。

轉換梁的混凝土強度等級不應低于C30。轉換梁上、下主筋的最小配筋率非抗震設計時為0.3%，轉換梁中主筋不宜有接頭，轉換梁上部主筋至少應有50%沿梁全長貫通，下部主筋應全部貫通伸入柱內。

3.2 框支柱的設計與構造要求

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內力需調整。抗震設計時，框支柱的柱頂彎矩應乘以放大系數，并按放大后的彎矩設計值進行配筋；剪力調整——框支柱承受的地震剪力標準值應按下列規定采用：框支柱的數目不多于10根時，當框支層為1～2層時，每層每根柱承受的剪力應至少取基底剪力的2%；當框支層。為3層及3層以上時，各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的3%；框支柱的數目多于10根時，當框支層為1～2層時，每層每根柱承受的剪力之和應取基底剪力的20%；當框支層為3層及3層以上時，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%；框支柱剪力調整后，應相應調整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調整。

框支柱全部縱向鋼筋配筋率，抗震等級一級時不小于1.2%，二級時不小于1.0%，三級時不小于0.9%，四級及非抗震設計時不小于0.8%?？v向鋼筋間距抗震設計時不大于200mm，且不小于80mm，全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4%。

3.3 轉換梁的截面設計方法

目前國內結構設計工作普遍采用的轉換梁截面設計方法。主要有：應力截面設計方法。對轉換梁進行有限元分析得到的結果是應力及其分布規律，為能直接應用轉換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規律進行截面的配筋計算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔鋼筋達到其屈服強度設計值。受壓區混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。

4 結語

通過高層建筑轉換層結構設計的工程實踐，體會如下：根據建筑平面及功能要求合理選擇轉換層形式，正確選擇建筑抗震類別是轉換層設計的關鍵點，結合結構布置，正確選擇各分部的抗震等級，構件設計應注重抗震延性設計的概念，對主要構件進行加強是設計的重點。

參考文獻：

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中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

一、概念設計的涵義

概念設計就是從結構總體方案設計一開始，就運用人們對建筑結構抗震已有的正確知識去處理好結構設計中將遇到的問題，諸如:房屋體形、結構體系、剛度分布、構件延性等等。從宏觀原則上進行評價、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計算和構造措施。從而消除建筑物抗震的薄弱環節，以達到合理抗震設計的目的。也就是說概念設計是工程師運用思維和判斷力，根據從大量震害經驗得出的結構抗震原則，從宏觀上確定結構設計中的基本問題。因此，工程師必須從主體上了解結構抗震特點，振動中結構的受力特征，抓住要點，突出主要矛盾，用正確的概念來指導概念設計，才會獲得成功。由于概念設計包括的范圍極廣，因此不僅僅要分析總體方案確定的原則，還要顧及非材料的正確使用和關鍵部位的細部構造。但是首先和最重要的還是結構總體概念設計、材料選型和細部構造等問題，這些設計原則和結構概念中，較為重要的是結構總體設計。

二、結構總體設計的注意要點

1.延性耗能

在建筑結構的整體設計上要注意加強薄弱環節，盡量做到等強度。同時，應使建筑結構在一個恰當的部位能消耗大量的能量，在具體設計中即為各式各樣的梁，如框架梁、聯肢墻的連肢梁等。結構延性一般用延性系數表示，它表示的是結構極限變形(位移、轉角、曲率)與屈服變形的比值，也可以分別用位移延性系數，轉角延性系數等來表示，該比值越大，結構的延性越好。在設計上為提高鋼筋混凝土梁的延性，一般采取以下措施:(1)首先應選取合適的梁截面尺寸，以獲得合適的配筋率，避免梁受拉筋過多或出現超筋。因此，對地震區梁的配筋率要大大低于一般梁的最高配筋率。(2)梁上部(跨中)和下部(端部)配置適量的受壓筋。(3)提高梁混凝土強度等級，采用中低級鋼筋對延性有利。(4)T形梁比矩形梁延性好。(5)注意加密箍筋。地震區鋼筋混凝土梁的位移延性系數一般要求不得低于4。

2.多道防線設計

現在有一種新的抗震概念:當建筑結構受到強烈地震動主脈沖卓越周期的作用時，一方面利用結構中增設的贅余桿件的屈服和變形，來耗散地震輸入能量;另一方面利用贅余桿件的破壞和退出工作，使整個結構從一種穩定體系過渡到另一種穩定體系，實現結構周期的變化，以避開地震動卓越周期長時間持續作用所引起的共振效應。這種通過對結構動力特性的適當控制，來減輕建筑物的破壞程度，是對付高烈度地震的一種經濟有效的方法。

3.妥善處理非結構部件

非結構部件一般是指在通常結構分析中不考慮承受重力荷載以及風、地震等側力荷載的部件，如內隔墻，框架填充墻，建筑處圍墻板，樓梯等。實際上，在地震作用下，高層建筑中的這些部件或多或少地參與工作，從而改變了整個結構或局部構件的剛度，承載力和傳力路線。造成未曾估計到的局部震害。在鋼筋混凝土框架體系的高層建筑中，這些影響最為普遍。(1)砌體填充墻的抗震作用：①使結構剛度增大，自振周期縮短，水平地震力增大30%~50%。②改變了結構的地震剪力分布狀況。③砌體填充墻具有較大的抗推剛度，限制了框架的變形，從而減小了整個結構的地震側移幅值。 (2)柱端震害，在地震中，角柱上端被嵌砌于框架間的磚墻頂斷。這是典型的柱端震害。在框架體系設計中必須考慮，并采取恰當的預防措施。(3)形成短柱破壞。采用鋼筋混凝土框架的高層建筑，就框架柱的受力狀況和破壞形態而言，一般情況下屬于長柱。由于窗裙墻對框架柱的剛性約束，減短了柱的有效長度，使它變成了短柱，承擔的地震力大增，發生剪切破壞。因此，采用貼砌圍護方案或墻、柱柔性連接方案都是防止短柱破壞的有效手段。否則沿柱的全高，柱身箍筋的配置均應符合短柱的規定。這一點，在施工圖中，應當說明清楚。

三、案例討論

某項目情況：地上34層共120m，地下共3層，其中地下第3層為5級人防。該結構為超高層結構，框架－剪力墻結構體系。其中在地上第三層有局部框值轉換。在方案設計階段，框架的軸線尺寸己經由建筑確定，梁柱截面尺寸根據豎向荷載及粗估的水平地震作用效應確定。最后問題是剪力墻如何布置、數量多少。這是一個關系到結構安全和技術經濟合理性，并體現出體系優越性的關鍵性環節。所以結構工程師在方案設計階段都積極參與，并根據適宜剛度概念算出剪力墻的面積，結合建筑要求設計出經濟合理的方案。

1.剪力墻的布置。一般情況下，剪力墻應在縱橫兩個方向同時布置，并使兩個方向的自振周期比較接近。在非抗震設計的條件下，也允許只設橫向剪力墻而不設縱向剪力墻，這時，縱向風力全部由縱向框架承受。剪力墻的一般布置原則是“均勻、分散、對稱、周邊”。均勻、分散是要求剪力墻的片數多，每片的剛度不要太大，也就是說布置很多片短的剪力墻;并且在樓層平面上均勻布開不要集中在某一局部區域。一方面，剪力墻對稱布置可以避免和減少建筑物受到的扭矩。另一方面，剪力墻沿周邊布置可以最大幅度地加大抗扭轉的內力臂，提高整個結構的抗扭能力。經過討論，大家一致同意剪力墻沿周邊布置。

2.剪力墻的平面位置。一般情況下，剪力墻宜布置在下述的各個部位:（1）豎向荷載較大處。這樣可以獲得三點好處:①較大重力荷載引起的較大地震作用，可以直接傳到剪力墻上;②剪力墻承受很大的彎矩和剪力，有了較大軸向壓力來平衡，可以減小墻體的拉應力，并提高墻體的受剪力承載力;③可以避免使用較大截面梁、柱的框架來承擔較大的豎向荷載。（2）平面形狀變化處或樓蓋水平剛度劇變處。這樣可以消除地震時在該部位樓板中引起的應力集中效應。（3）樓梯間、電梯間以及樓板較大洞口的兩側。根據本工程特點，剪力墻的平面位置布置在豎向荷載較大處。

3.剪力墻最大間距。在框—剪體系中，剪力墻是主要抗震構件，承擔著80%以上的地震力;框架是次要抗震構件，僅承擔加%以下的地震力。要保持框一剪體系這一結構特性，以剪力墻為側向支撐的各層樓蓋，在地震力作用下的水平變形就需控制在很小數值范圍以內，使框架的側向變形與剪力墻大致相同。否則，就需要通過空間分析來考慮樓蓋水平變形所引起的框架剪力增值。在實際工程中，剪力墻間距一般在2.5B及30m以內。有30m長的一段無剪力墻的自由布置空間，完全可以滿足建筑功能的要求。

參考文獻：

［1］小谷俊川．日本基于性能結構抗震設計方法的發展．建筑結構，2000，6．

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Abstract: the development of our national economy, urban and rural residents and the standard of living rises ceaselessly, housing demand rapid increase, construction land increasingly nervous, national and each large and medium cities arise high-rise residential big development situation. To high-level residence structure design of further discussion and research, and has important practical significance. This paper mainly high-rise residential buildings to the shear wall structure design of the related problems on the some research.

Keywords: high-rise residential concrete shear wall structure design

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A 文章編號：

前言

剪力墻是一種有效的抗側向力結構單元，可以組成完全由剪力墻抵抗側向力

的結構，也可以和框架共同組成抵抗側向力的框一剪結構。通常按其墻肢截面高度與厚度的比值分為一般剪力墻、短肢剪力墻和異型柱。剪力墻結構作為高層建筑中的主要結構形式，被廣泛運用于現代高層建筑領域?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》(JGJ3．2002)對剪力墻結構的設計原則、計算方法和構造措施作出了相應規定，但有些規定尚不夠細致，可操作性較差。目前工程實踐中大多數剪力墻結構的布置還主要取決于設計人員的經驗。

一、剪力墻的分類

剪力墻根據墻肢的高厚比分為一般剪力墻和短肢剪力墻。―般剪力墻是指墻肢截面高度和厚度之比大于8的剪力墻；短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8 的剪力墻。當剪力墻的墻肢截面高度hw與厚度bw之比不大于3時，應按柱的要求進行設計，底部加強部位縱向鋼筋的配筋率不應小于1.2%，其他部位不應小于1.0%，箍筋應沿全高加密。剪力墻墻肢長度（即墻肢截面高度）―般不宜大于8m。

剪力墻按受力特性的不同主要可分為：①整體剪力墻。不開洞或開洞面積不大于15%的墻。②小開口整體剪力墻。開洞面積大于15%，但仍屬洞口較小的開孔剪力墻，其局部彎矩不超過水平荷載的懸臂彎矩的 15%，且大部分樓層上墻肢沒有反彎點。③雙肢墻（多肢墻）。開洞面積比較大或洞口成列布置的墻，其受力特點與小開口整體剪力墻相似。④壁式框架。洞口尺寸大，連梁線剛度與墻肢線剛度相近的墻，其受力特點是彎矩圖在大多數樓層中都出現反彎點。

二、剪力墻結構分析模型及方法

高層建筑結構中的剪力墻所承受的荷載有風和地震引起的水平荷載、結構自重和各樓層活荷載等豎向荷載，其主要功能還是抵抗結構的水平側力，利用其強大的抗側移剛度，減小結構的側移。一般在多遇地震作用下，剪力墻能很好地滿足結構強度、剛度和抗震方面的要求，在大震和罕遇地震作用下，由于地震加速度峰值大，輸入的地震能量大，這就要求剪力墻具有較好的耗能能力，具有較好的延性。所以在進行結構設計時，對有抗震設防要求的結構就要進行非線性靜力、動力分析，而在這一分析中，如何建立合理的剪力墻計算分析模型就顯得尤為重要。目前國內外對剪力墻的計算分析模型的研究很多，主要可歸納為兩種，

基于固體力學的微觀模型和以一個構件為一個單元的宏觀模型。

三、剪力墻結構設計應注意的問題

1、選擇有利的建筑形式

住宅剪力墻結構布置時，墻片不宜過長，一般以墻片高寬比為1.5左右為宜，墻片平面形式不宜采用提高抗側剛度的“L”“T”等平面形式，而是應盡可能采用“一”字形，以弱化每一單片剪力墻的剛度，實現剪力墻均勻分散、多道設防的目的。另外，還應控制剪力墻的最大間距，而縱向抗震墻應在外縱軸布置開窗洞的抗震墻或剪力墻，以增強橫向抗傾覆的能力，避免邊柱產生過大的壓力和拉力。

2、結構豎向布置

結構豎向布置方面，該項目高寬比H／B=5，符合抗震規范剪力墻結構6度設防小于6的要求。在抗震設計中要求結構承載力和剛度宜自下而上逐漸減小，變化均勻、連續，不要突變。該工程平面在豎向上沒有大的內收外挑情況，平面從底至頂一致。豎向剛度的變化主要表現在分段改變構件截面尺寸和混凝土強度等級，從施工方便來說，改變次數不宜太多；但從結構受力角度來看改變次數太少，每次變化太大又容易產生剛度的突變。

3、 剪力墻邊緣構件的設置

根據（JGJ 3―2002）《高層建筑混凝土結構技術規程》 中規定，當一、二級抗震等級底部加強部位軸壓比小于限值時，需要設置約束邊緣構件，其長度及箍筋配置量都需要進行計算，并從加強部位頂部向上延伸一層。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規范要求的最小配筋率，建議加強區配筋率取0.7%，一般部位配筋率取0.5%；而根據 《高層建筑混凝土結構技術規程》規定，對于短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2％，其他部位不宜小于取1.0％。對于小墻肢的受力性能較差，應嚴格按《 高層建筑混凝土結構技術規程》控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設計，并應控制其縱向鋼筋配筋率，加強區取1.2%，一般部位取1.0%；而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設計計算中，一是另一方向短肢不計入剛度，則配筋可不考慮該方向短肢的影響，二是短肢計入剛度，則配筋中應考慮該方向短肢的不利影響，即該短肢配筋率在加強區取1.0%，一般部位可取0.8%。同時，對抗震等級為二級的剪力墻和三、四級抗震等級的全部，以及非抗震設計剪力墻的全部，在重力荷載代表值作用下軸壓比小于 0.30 時，可按 《高層建筑混凝土結構技術規程》僅設置構造邊緣構件，而設置約束邊緣構件配筋不宜過大。

4、連梁的設計及配筋

剪力墻的連梁是耗能構件，它的剪切破壞對抗震不利，會使結構的延性降低。設計時要注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的剪切破壞后于彎曲破壞。切忌人為加大連梁的縱筋，如此，可能無法滿足“強剪弱彎”的要求。不能認為加大箍筋就能保證“強剪弱彎”。當連梁不滿足截面控制條件時，盲目增加箍筋的結果會導致連梁剪切破壞先于箍筋充分發揮作用。連梁截面的抗剪計算，對于跨高比大于2．5的連梁，其剪力設計值應乘以增大系數ƞvb：一級取

1．3，二級取1．2，三級取1．1。剪力墻連梁的截面尚應滿足以下要求：

跨高比大于2，5時：

跨高比不大于2．5時：

式中：V――梁端截面組合的剪力設計值；

ßc――混凝土強度影響系數，按《高規》(JGJ 3-2002)第6．2．6條的規定采用。

由于高層建筑中聯肢剪力墻在風荷載、地震作用下被破壞時的形態與剪力墻的連梁有很大關系，因此，在設計中為減少剪力墻受破壞，應注重連梁的設計。即在設計中，應降低連梁的彎矩，從而降低連梁的抗彎承載力，使連梁早出現塑性鉸，降低連梁中的平均剪應力，改善其延性；設計時，應使連梁的剪力設計值大于或等于連梁的抗彎極限狀態相應的剪力；相應增大連梁的跨高比（連梁的高度計算與設計應按照統一規定，從洞頂算到樓板面或屋面），從而可相應降低連梁的剛度，使連梁的承載力有可能不超限；對于窗洞樓面至窗臺部分可用輕質材料砌筑；對于窗臺有飄窗時，可再增加 1 根梁，2 根梁之間用輕質材料填充。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平筋預應力筋有腐蝕作用的外加劑。

四、剪力墻結構優化設計控制因素初探

影響剪力墻結構優化設計的主要因素包括結構變形和軸壓比、建筑功能布局、剪力墻的構造要求、經濟性能等。

水平位移是結構變形的主要方面，高層建筑中為了保證結構具有較大剛度，應對層間位移加以控制。這個控制實際上是對構件截面大小、剛度大小的一個相對指標。層間位移角的限制卻不包括建筑整體彎曲產生的水平位移，要求較寬松。顯然層間位移是與結構的抗側剛度緊密聯系的，剪力墻結構的抗側剛度主要是由剪力墻產生的，而剪力墻的多少又直接與混凝土和鋼筋的用量相關。所以對位移進行控制就間接控制結構的造價。剪力墻的軸壓比是指在地震作用下，剪力墻的軸力與混凝土的抗壓強度和剪力墻截面積之比。對軸壓比的限制是為了保證在地震作用下剪力墻具有足夠的延性，也即是說對軸壓比的控制就是對剪力墻延性的控制。結構的經濟性是在綜合考慮各個控制因素的基礎上對結構作出的功能與造價的最優比。

低烈度區在非強風作用下，因為地震作用與風荷載作用較小，水平力較小，且一般剪力墻結構墻肢布置間距較小，可能軸壓比和結構變形均不起控制作用，建筑功能布局、剪力墻構造要求起控制作用。在強震區水平力較大，主要控制因素可能是結構變形和軸壓比。

結語

隨著經濟建設的發展，我國高層建筑也有了快速的發展，尤其是改革開放之后建設了很多的高層建筑。但是由于高層建筑設計上的復雜性，也給高層建筑的設計帶來許多難點。所以，我們要不斷加強建筑結構設計研究。

參考文獻

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我國改革開放以來，建筑業有了突飛猛進的發展，近十幾年我國已建成高層建筑萬棟，建筑面積達到2億平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層，高325米；廣州中天廣場80層，高322米；上海金茂大廈88層，高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓：地王國際商會中心即地王大廈共54層，高206.3米。隨著城市化進程加速發展，全國各地的高層建筑不斷涌現，作為土建工作設計人員，必須充分了解高層建筑結構設計特點及其結構體系，只有這樣才能使設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。

一、高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

（一）水平力是設計主要因素

在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

（二）側移成為控指標

與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，否則會產生以下情況：

1.因側移產生較大的附加內力，尤其是豎向構件，當側向位移增大時，偏心加劇，當產生的附加內力值超過一定數值時，將會導致房屋側塌。

2.使居住人員感到不適或驚慌。

3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機電設備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運行。

4.使主體結構構件出現大裂縫，甚至損壞。

（三）抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。

地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

（五）軸向變形不容忽視

采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數值，其后果相當于連續梁中間支座沉陷，從而使連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。

（六）概念設計與理論計算同樣重要

抗震設計可以分為計算設計和概念設計兩部分。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定的假想條件下進行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復雜性和不確定性，地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數倍之多，尤其是當結構進入彈塑性階段之后，會出現構件局部開裂甚至破壞，這時結構已很難用常規的計算原理去進行分析。實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計也是很重要的。

二、高層建筑的結構體系

（一）高層建筑結構設計原則

1.鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。

2.高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，擇優選擇抗震及抗風性能好而經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。

（二）高層建筑結構體系及適用范圍

目前國內的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結構。其結構體系有：框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構等。

1.框架結構體系?？蚣芙Y構體系是由樓板、梁、柱及基礎四種承重構件組成。由梁、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個空間結構體系，它是高層建筑中常用的結構形式之一。

框架結構體系優點是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結構自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度范圍內造價較低。

框架結構的缺點是：框架結構本身柔性較大，抗側力能力較差，在風荷載作用下會產生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結構構件破壞比較嚴重。

框架結構的適用范圍：框架結構的合理層數一般是6到15層，最經濟的層數是10層左右。由于框架結構能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應用于辦公、住宅、商店、醫院、旅館、學校及多層工業廠房和倉庫中。

2.剪力墻結構體系。在高層建筑中為了提高房屋結構的抗側力剛度，在其中設置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度，墻體同時也作為維護及房間分格構件。剪力墻結構中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結構表現了良好的抗震性能，震害較少發生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結構可以較好地適應墻體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。

剪力墻結構墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結構。

在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產生很大內力及塑性變形，因此，在地震區不允許采用這種框支剪力墻結構。

3.框架—剪力墻結構體系。在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結構，這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

4.筒體結構體系。隨著建筑層數、高度的增長和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力墻來組成高層建筑結構體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。通常筒體結構有：

（1）框架—筒體結構。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結構受力特點類似框架—剪力墻結構，目前南寧市的地王大廈也用這種結構。

（2）筒中筒結構。筒中筒結構由內、外兩個筒體組合而成，內筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門密洞口面積?。ㄒ话悴淮笥趬w面積50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個多孔的豎向箱形梁，有很好的抗風和抗震性能。目前國內最高的鋼筋混凝土結構如上海金茂大廈（88層、420.5米）、廣州中天廣場大廈（80層、320米）都是采用筒中筒結構。

（3）成束筒結構。在平面內設置多個剪力墻薄壁筒體，每個筒體都比較小，這種結構多用于平面形狀復雜的建筑中。

（4）巨型結構體系。巨型結構是由若干個巨柱（通常由電梯井或大面積實體柱組成）以及巨梁（每隔幾層或十幾個樓層設一道，梁截面一般占一至二層樓高度）組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其余的樓面梁、柱組成二級結構，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結構上去。這種結構的二級結構梁柱截面較小，使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。

除以上介紹的幾種結構體系外，還有其他一些結構形式，也可應用，如薄殼、懸索、膜結構、網架等，不過目前應用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結構。

［參考文獻］

［1］GB50011－2001建筑抗震設計規范.

篇（10）

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：

一.前言

伴隨著我國建筑行業的迅速發展，工程建筑行業日漸成為了我國國民經濟新的經濟增長點，不僅僅在國民經濟的增長中占據著越來越重要的地位，而且在改善居民生活方式，提高居民的生活質量方面有著巨大的推動作用。隨著鋼筋混凝土建筑結構在建筑行業中的廣泛應用，建筑結構的設計和施工都有了新的標準和要求，在鋼筋混凝土結構的設計施工中，不僅僅要使得結構的平面，立面布置符合相關規則，更要使得建筑結構的各種構件的強度和變形能夠達到相關的標準，同時，要在滿足建筑設計基本目標的基礎上，更加重視建筑結構的抗震設計，提高建筑結構的抗震能力，保證整個建筑結構的質量。

二.鋼筋混凝土建筑結構設計的優化措施

1．嚴格控制鋼筋混凝土建筑結構設計中的各種材料設計

(一)在摻合料選擇方面上。選擇一些增加混凝土強度性能的一些摻合料。

(二)沙，沙石，水泥的配合比上面，優化三者配合比。

(三)在水泥的選擇方面上。根據工程的需要，選擇相對應的水泥。

(四)在鋼筋的選型上面。比如，用U型鋼，工字鋼代替圓形鋼。

2．結構體系的選型方面

由于大開間剪力墻結構體系，可以做到房間不露出梁柱，有效空間大、隔音效果較好，當采用鋼制模板時，墻面和樓板表面平整并且不需要在濕作業的情況下抹灰。另外該結構體系不但用鋼量少，施工周期短、造價低，還具有整體性強、側向剛度大等優點，有利于抗風抗震，所以自九十年代起建筑結構體系基本上都采用大開間現澆鋼筋混凝土剪力墻結構。隨著經濟的發展，為了進一步降低建筑造價，近幾年來部分地區越來越多地采用短肢剪力墻與簡體或一般剪力墻組成的結構體系。這個結構體系也屬于剪力墻結構的一種。它的特點是建筑平面布置更具靈活性，并且又能節省鋼筋和混凝土用量，減輕建筑的總重量，從而降低地基基礎造價。

3．建筑結構的基礎設計方面

在建筑的基礎設計中，要綜合考慮建筑場地的地質情況以及水位、使用功能、上部結構類型、施工條件和相鄰建筑的相互影響，以保證建筑物不會過量沉降或傾斜，而且還能滿足正常使用要求。另外還要注意相鄰地下建筑物及各類地下設施的位置，以保證施工的安全。

4．建筑結構設計的抗震方面

（一）房建結構設計要從建筑的全局出發

全面考慮各種建筑部位的功能，在此基礎上，科學設計每個部分的構件，保證每個部件之間的契合，促使每個部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設計要求，滿足一定的現實需求，同時，通過抗震設計，使得每個構件都可以具有相應的承載力，當地震來襲，每個構件都可以有著一定的次序先后破壞，整體組合構件將會有著更強大的承載力和柔性，從而延緩地震破壞的速度，消耗爆發的能量。增強建筑的整體抗震能力。

（二）要嚴格選擇地基選址

地基選址是進行建筑結構設計的基礎，因此，在房間結構抗震設計中，要科學避開山嘴，山包，陡坡，河流等不利因素，要本著堅硬，牢固，平坦，開闊的選址原則。親身實地，利用先進技術設備，進行地質勘探，山石水土監測，并取樣論證，科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠，地質穩定無滲漏，無坍塌，無暗河，無熔巖，無火山……從而保證整個地基不會因為承載而發生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設計。

（三）采用合理的建筑平立面

建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理，結構布置符合抗震原則，通過無數次的實驗表明，簡單、規則、對稱的建筑結構抗震能力強，對延緩地震烈度范圍延伸，消耗地震的能量，減少地震對整體結構的破壞，而且，對稱結構容易準確計算其地震反應。

5. 加強對連梁的設計優化

（一）對連梁的剛度進行折減

連梁由于跨高比較小與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內力往往很大，在連梁遇到外力發生屈服的過程中，主要有幾個表現，比如出現裂縫，連梁的剛度減弱，內力發生重新分布，因此，一般而言，在進行建筑結構設計之前，要對連梁的剛度實施折減，從高規中的相關條款解釋而言，是要對整個混凝土建筑結構的各個環節的剛度和彈性進行比較科學合理的分析，但是，在具體實際的操作過程中，各個部分的構件都需要承擔比較大的彎矩和剪力，并且配筋設計具有很大的難度，因而，在筆者多年的建筑結構設計過程中，可以減少對豎向荷載能力的考慮，而更多的進行適當的開裂設計，將內力轉移到墻體上去，如此，可以更好的實現建筑結構設計的優化。

（二）在設計過程中適當的減少連梁的高度

在進行連梁的設計中，為了達到降低連梁剛度，減少地震影響效果的目的，可以在保證整個建筑功能的基礎上，讓連梁的總體的跨度不斷增加，如此，可以很大程度的讓連梁的整體高度降低，一定程度而言，也使得可以講整個連梁的整體承載能力控制在一定的范圍之內，既可以讓設計得到優化，又可以讓建筑的功能得到正常發揮。

（三）在連梁設計過程中適當增加厚度

在進行連梁設計，在做好各種構件的設計優化的基礎上，可以讓連梁的整體截面的寬度進一步擴大，如此，不僅僅可以讓建筑結構整體的剛度變大，也能夠讓整個地震過程中產生的各種內力作用相對而言變得更大。而且，由于連梁的抗剪承載力與連梁寬度的增加成正比。通過剪力墻的厚度增加，也有可能達到讓連梁抗剪承載力符合限度的目的。

（四）提高混凝土等級

為了讓連梁的抗剪承載能力不會超過規定個標準，可以合理的提高剪力墻的混泥土的等級，當混泥土的等級得到提升，混泥土的彈性模量增加比例會小于抗剪承載力的提升比例，從而，可以達到控制目標。

6．建筑結構設計的施工方面

為滿足結構承載力的需求，通常在結構設計中柱與梁板選擇不同強度等級的混凝土。施工規范規定柱的施工縫宜留設在梁底標高以下20mm-30mm處，其原則是施工縫宜留在結構受力小且便于施工的位置。施工時，為方便柱身混凝土的下料與振搗，在梁內鋼筋未綁扎之前進行澆注。按施工規范的要求，當梁柱的混凝土強度等級不同時，節點處應按。弱梁強柱”的原則。在實際施工中，施工班組制定合理的節點保證措施，監理人員加強對澆注質量的監管和提高整體結構的抗震性能十分重要。

三.結束語

鋼筋混凝土建筑結構設計是一項專業性極強的工作，必須綜合考慮到多種因素，既要滿足居民的生活生產多種需要，更要從地震防護，防水防滲漏等各種因素對建筑結構做出性能設計，同時，從城市整體的人文自然，交通政治等各方面的因素出發，選擇合理的建筑結構體系，做出科學嚴謹的設計，實現實用價值和美學價值的統一，為整個建筑業的發展和居民生活質量的提高，奠定基礎。

參考文獻：

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[2]張紅標 建筑結構設計成本優化研究--以深圳高層鋼筋混凝土建筑結構為例 [學位論文] 2011 - 浙江大學：企業管理

[3]張民 鋼筋混凝土框架-剪力墻結構設計的優化研究 [學位論文]2008 - 同濟大學土木工程學院 同濟大學：結構工程