1.前言
隨著我國城鎮(zhèn)化的迅猛發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，我國的建筑總能源消耗量大幅增長，已占社會(huì)總能源消耗的30%以上，因此采用節(jié)能型墻體材料有其必要性和緊迫性。加氣混凝土作為一種綠色環(huán)保的輕質(zhì)無機(jī)材料，具有集新型墻體材料和保溫材料于一體的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是目前外墻材料中少數(shù)能夠滿足建筑節(jié)能要求的單一外墻材料之一，而且不燃、能夠與建筑同壽命，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性越來越受到人們的重視。本文嘗試以實(shí)際工程為背景，探討在鋼筋混凝土剪力墻高層住宅中通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以加氣混凝土砌體填充墻替代普通磚砌體填充墻，從建筑節(jié)能、工程造價(jià)等方面進(jìn)行比較，為鋼筋混凝土剪力墻高層住宅應(yīng)用加氣混凝土砌體填充墻提供具體示例。
2. 本文優(yōu)化目標(biāo)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足國家的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，包括建筑節(jié)能要求，做到安全適用、經(jīng)濟(jì)合理。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)布置除了與建筑布置和建筑使用功能有關(guān)之外，還與所采用的建筑材料有關(guān)，盡可能采用輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能的建筑材料，可以降低建筑的總重量以及提高建筑的節(jié)能保溫性能和抗震能力。實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該還需要綜合考慮建筑全壽命使用期間的經(jīng)濟(jì)性，平衡各方面的性能，盡可能合理優(yōu)化。
表1所示是加氣混凝土砌塊砌體墻和目前常用的其他砌體材料墻的熱工系數(shù)。從墻體自重來看，由于加氣混凝土的孔隙率一般為70-80%，干密度一般為400-700kg/m3，僅為一般實(shí)心標(biāo)準(zhǔn)磚的1/3，普通混凝土的1/5，，應(yīng)用于建筑上可以降低被替代墻體重量的60%以上，明顯減輕結(jié)構(gòu)自重、降低地震作用效應(yīng)；從熱工性能來看，B05級(jí)的加氣混凝土砌塊砌體墻的導(dǎo)熱系數(shù)不到混凝土實(shí)心磚砌體墻、實(shí)心灰砂磚砌體墻、混凝土小砌塊砌體墻的1/6，不到混凝土多孔磚砌體墻的1/4，其熱工性能比目前常用的其他砌體墻要優(yōu)越得多；從單位產(chǎn)品的能耗看，按目前墻體材料的生產(chǎn)能耗核算，粘土磚的能耗為91kg/m3標(biāo)煤，而加氣混凝土砌塊僅為約56kg/m3，顯然加氣混凝土砌塊的產(chǎn)品生產(chǎn)具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。由此可見加氣混凝土砌塊砌體墻具有優(yōu)異的節(jié)能、保溫性能，是一種性能優(yōu)越、輕質(zhì)、保溫、用途廣泛的綠色環(huán)保墻體材料，而且由于其高效的保溫隔熱效果，使建筑在后期使用中可以節(jié)省大量的空調(diào)、采暖費(fèi)用，降低建筑物耗能，幾乎是目前所有外墻材料中唯一能夠滿足節(jié)能65%要求的單一材料外墻。
本文嘗試對(duì)一個(gè)已完成設(shè)計(jì)的實(shí)際工程進(jìn)行以建筑節(jié)能為目標(biāo)的優(yōu)化，在建筑使用功能區(qū)域不變、結(jié)構(gòu)基本動(dòng)力特性不變的基本前提下，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)平面布置、構(gòu)件截面尺寸和材料強(qiáng)度等減輕結(jié)構(gòu)自重和提高房屋的節(jié)能保溫性能，并從工程造價(jià)和建筑節(jié)能的效益等方面進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。
3. 優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.1工程概況
上海地區(qū)某高層住宅，樁基礎(chǔ)，2層地下室，地上18層，局部至20層，層高2.8m，地上建筑總面積約9507.4m2，剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻厚200mm，房屋的填充墻、隔墻采用灰砂磚砌體，建筑立面、標(biāo)準(zhǔn)層建筑、結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。設(shè)計(jì)時(shí)按基本烈度7度、丙類建筑抗震設(shè)防，IV類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地特征周期0.9秒。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算采用SATWE軟件，荷載、內(nèi)力調(diào)整等按設(shè)計(jì)規(guī)范要求確定。根據(jù)原設(shè)計(jì)施工圖，1～11層剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，11層以上為C30。
根據(jù)SATWE軟件計(jì)算結(jié)果，房屋活載總重約1667t，恒載總重約18920t，房屋合計(jì)總重20587t；通過計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)前三振型的自振周期如后面表3所示。
