1.前言
随着我国城镇化的迅猛发展以及人民生活水平的不断提高，我国的建筑总能源消耗量大幅增长，已占社会总能源消耗的30%以上，因此采用节能型墙体材料有其必要性和紧迫性。加气混凝土作为一种绿色环保的轻质无机材料，具有集新型墙体材料和保温材料于一体的独特优点，是目前外墙材料中少数能够满足建筑节能要求的单一外墙材料之一，而且不燃、能够与建筑同寿命，其技术经济性越来越受到人们的重视。本文尝试以实际工程为背景，探讨在钢筋混凝土剪力墙高层住宅中通过结构优化，以加气混凝土砌体填充墙替代普通砖砌体填充墙，从建筑节能、工程造价等方面进行比较，为钢筋混凝土剪力墙高层住宅应用加气混凝土砌体填充墙提供具体示例。
2. 本文优化目标
结构设计首先应满足国家的有关设计规范要求，包括建筑节能要求，做到安全适用、经济合理。在结构设计中，结构布置除了与建筑布置和建筑使用功能有关之外，还与所采用的建筑材料有关，尽可能采用轻质、高强、节能的建筑材料，可以降低建筑的总重量以及提高建筑的节能保温性能和抗震能力。实际结构设计中，应该还需要综合考虑建筑全寿命使用期间的经济性，平衡各方面的性能，尽可能合理优化。
表1所示是加气混凝土砌块砌体墙和目前常用的其他砌体材料墙的热工系数。从墙体自重来看，由于加气混凝土的孔隙率一般为70-80%，干密度一般为400-700kg/m³，仅为一般实心标准砖的1/3，普通混凝土的1/5，，应用于建筑上可以降低被替代墙体重量的60%以上，明显减轻结构自重、降低地震作用效应；从热工性能来看，B05级的加气混凝土砌块砌体墙的导热系数不到混凝土实心砖砌体墙、实心灰砂砖砌体墙、混凝土小砌块砌体墙的1/6，不到混凝土多孔砖砌体墙的1/4，其热工性能比目前常用的其他砌体墙要优越得多；从单位产品的能耗看，按目前墙体材料的生产能耗核算，粘土砖的能耗为91kg/m3标煤，而加气混凝土砌块仅为约56kg/m³，显然加气混凝土砌块的产品生产具有明显的节能优势。由此可见加气混凝土砌块砌体墙具有优异的节能、保温性能，是一种性能优越、轻质、保温、用途广泛的绿色环保墙体材料，而且由于其高效的保温隔热效果，使建筑在后期使用中可以节省大量的空调、采暖费用，降低建筑物耗能，几乎是目前所有外墙材料中唯一能够满足节能65%要求的单一材料外墙。
本文尝试对一个已完成设计的实际工程进行以建筑节能为目标的优化，在建筑使用功能区域不变、结构基本动力特性不变的基本前提下，通过调整结构平面布置、构件截面尺寸和材料强度等减轻结构自重和提高房屋的节能保温性能，并从工程造价和建筑节能的效益等方面进行比较和评价。
3. 优化设计
3.1工程概况
上海地区某高层住宅，桩基础，2层地下室，地上18层，局部至20层，层高2.8m，地上建筑总面积约9507.4m2，剪力墙结构，剪力墙厚200mm，房屋的填充墙、隔墙采用灰砂砖砌体，建筑立面、标准层建筑、结构平面如图1所示。设计时按基本烈度7度、丙类建筑抗震设防，IV类场地，设计地震分组为第一组，场地特征周期0.9秒。结构设计计算采用SATWE软件，荷载、内力调整等按设计规范要求确定。根据原设计施工图，1～11层剪力墙的混凝土强度等级为C35，11层以上为C30。
根据SATWE软件计算结果，房屋活载总重约1667t，恒载总重约18920t，房屋合计总重20587t；通过计算得到的结构前三振型的自振周期如后面表3所示。
