高層剪力墻結構設計及施工涉及的幾個問題

李桂茹 劉傳銀

本人在設計天津市津南區安置房項目金華園小區項目時，對混凝土剪力墻結構有了進一步的深刻認識，本人就此次實戰，談談在設計鋼筋混凝土剪力墻時涉及的幾個應注意的方面，給設計同仁一些建議。

1 關于地下室頂板和設備機房活荷載取值的問題

金華園小區是天津市的住宅安置項目，全部采用了21層～27層鋼筋混凝土結構，下部設置地下室。在施工時，高層主體地下室頂板必然作為施工的場地，肯定要堆放大批施工備料，比如:水泥，砂子。如果按一般住宅的活荷載2 kN/m2考慮，就會存在一定的安全隱患。文獻[1]中建議高層地下室頂板活載取值為5 kN/m2。在文獻[2]中也提到因荷載考慮的不夠，而造成主體還未施工完，地下室的頂板裂的一塌糊涂。所以就地下室頂板這種特殊的情況，考慮一些安全儲備是應當的。在文獻[3]中，并未設計此處的荷載取值。所以，本人認為應該引起設計人員的重視。第二個須注意的荷載取值是屋頂的設備機房。通常設備師向結構提供的僅僅是設備的自重。可是設備是需要有設備基礎的。考慮到設備工作時有很大的振動，設備基礎要做 500 mm～600 mm的厚度，均到設備房間時，大概5 kN/m2，加上設備的自重，設備機房活荷載輸入7 kN/m2是可以的。

2 墻體穩定的問題

在金華園設計時，主體結構嵌固在-1.800處的地下室頂板處。建筑層高為2.900 m，結構層高為4.700 m。在結構的計算中有的墻體穩定不滿足要求。墻體穩定計算的公式如下:

其中，q為作用于墻頂組合的等效豎向均布荷載設計值;Ec為剪力墻混凝土彈性模量;t為剪力墻墻肢截面厚度;L0為剪力墻墻肢的計算長度，L0=bh。

由此可知 Ec，q，t都不可能有變化，只能通過調整剪力墻的計算長度來滿足墻體的穩定。在-0.120標高處局部設置一層混凝土的樓板，增加了墻的側向支撐，減小了墻的計算長度。通過實際的計算，這樣是滿足墻的穩定要求的。

3 帶角窗房間的處理問題

剪力墻結構角窗轉角處板塊沒有豎向構件的可靠約束，此處形成了一個薄弱點。通過下面的措施來加強此處的剛度，此處的樓板要加厚150 mm左右，雙層雙向配筋。在角窗的兩個端點處加設暗梁，角窗的洞口旁暗柱設計從地下室1層到頂層全部按約束邊緣構件處理。角窗處在軟件輸入時是按懸挑梁處理的。在實際的配筋時要按折線連梁考慮。

4 懸挑構件的處理

住宅項目一般都要設置陽臺，陽臺有時做挑梁條件滿足不了，只能做成挑板的形式，而陽臺的樓面做法降低30 mm，與之相連的樓板由于埋暖管而降低120 mm，這樣鋼筋就不能連貫了。有的工程師就設計成外挑板130 mm厚，內房間就設計成100 mm厚，挑梁的荷載全部都由與之相連的連梁承擔了。這樣剪力墻就會受到平面外彎矩，不太合理。當挑板跨度再大些時，這樣就會有安全隱患。在工程中，即使高差存在，也應布置成陽臺板與內房間一樣的厚度。在金華園小區中住宅的頂層上設計了很高的女兒墻，大概有6 m高，根據相同的原理，把與之相連的房間樓板加厚，增大其配筋，用以平衡女兒墻外懸挑帶來的彎矩。

5 在施工過程中應注意的一些問題

最近，我們到幾個施工現場進行驗收，均發現剪力墻鋼筋配置達不到設計要求，甚至有些關鍵部位存在安全隱患，從幾個項目出現的雷同問題可以看出，現場施工和監理技術人員在對圖集和結構受力等技術問題理解上存在不同程度的理解偏差。

比較突出的一個問題是:將剪力墻結構中的邊緣構件(暗柱、明柱、翼柱)誤解為框架結構中的框架柱。

在框架結構中框架梁及與框架柱相連的其他結構構件的受力筋都要錨入框架柱內并滿足錨固長度。受此種概念的影響，施工單位在剪力墻結構的施工中把邊緣構件視同框架柱，將剪力墻的水平鋼筋直接錨入邊緣構件滿足錨固長度，這樣一來，剪力墻水平筋在各轉角及交點處均集中斷開，實際施工的幾個節點示意圖見圖1。

由圖1b)可以看出，因邊緣構件的存在使得剪力墻一側未配置水平分布筋，雖有邊緣構件的水平箍筋，但水平箍筋直徑應采用邊緣構件箍筋與剪力墻水平分布筋之和，這樣雖滿足鋼筋設計要求，但此處的箍筋與另一邊的剪力墻水平筋是斷開的，不滿足國標圖集03G101-1中“L形”轉角處外側水平筋連續通過轉彎的要求。所以，此處剪力墻水平筋與邊緣構件鋼筋均需分別進行配置，不宜合并，更不應漏設鋼筋。由圖1可以看出，剪力墻水平鋼筋在邊緣構件處被全截面截斷，雖有邊緣構件的存在將各交點連為一個整體，可是此處邊緣構件的作用與框架柱的作用是完全不同的兩個受力構件。設置邊緣構件的目的是增加結構的延性和耗能能力以提高結構的抗震性能。通俗一點，就是相當于磚混結構中的構造柱。《建筑抗震設計規范》中曾講到“當截面相對受壓區高度或軸壓比較小時，即使不設置約束邊緣構件，抗震墻也具有較好的延性和耗能能力”。也就是說在一定條件下抗震墻本身可以具有較好的延性和耗能能力，但是這種延性和耗能能力需要靠剪力墻自身分布鋼筋的合理配置才能實現。假設在沒有邊緣構件的情況下，剪力墻鋼筋按照前面所述示意圖進行配置，則在各交點處成為剪力墻結構的薄弱部位;我們應該認識到剪力墻結構中剪力墻自身是主要的受力構件，為了提高結構的延性而設置邊緣構件，邊緣構件起輔助加強的作用，這一點我們必須認清，不可將兩者的作用顛倒。即使各交點有邊緣構件的存在，但是因為剪力墻水平筋的截斷而使得各交點處非但沒有提高受力性能反而使其成了受力薄弱部位，這與我們的設計初衷是完全背道而馳的，也使得整個工程存在極大的安全隱患。

下面就前面所述剪力墻水平分布筋“實際施工的幾個節點示意圖”的正確配置繪制見圖2(可參見國標圖集03G101-1混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖)。

6 結語

1)剪力墻結構中注意地下室頂板與設備機房的荷載，加強角窗的結構設計。2)剪力墻結構中邊緣構件的作用，是為了提高結構延性和耗能能力，不應將其與框架柱的作用混淆。3)嚴格執行圖集中的各種構造做法，是確保結構安全的重要保證。

[1] DB 29-22-2007，天津市住宅設計標準[S].

[2] 李勇軍，王 燕.帶縫剪力墻的非線性分析[J].山西建筑，2008，34(35):86-87.