高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘 要】人們對(duì)高層建筑的空間要求越來越高。普通剪力墻的設(shè)計(jì)出現(xiàn)居多弊端，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題受到眾多工程設(shè)計(jì)人員的重視。本文以某住宅小區(qū)為例，從高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)剪力墻布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算、風(fēng)荷載的體型系數(shù)及干擾系數(shù)取值、連梁設(shè)計(jì)等幾方面展開分析，并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提出剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造的幾點(diǎn)意見，以供參考。

【關(guān)鍵詞】高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 墻肢長度和厚度的選取

1.1 墻肢的長度

剪力墻墻肢長度（即墻肢截面高度）一般不宜大于8m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有延性，細(xì)高的剪力墻（高寬比大于2）容易設(shè)計(jì)成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。當(dāng)墻的長度很長時(shí)，為了滿足每個(gè)墻段高寬比大于2的要求，可通過開設(shè)洞口將長墻分成長度較小、較均勻的聯(lián)肢墻，洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁（其跨高比宜大于6），使其可近似認(rèn)為分成了獨(dú)立墻段。

1.2 墻肢厚度的選取

規(guī)定剪力墻的最小厚度，其主要目的是保證剪力墻出平面的剛度和穩(wěn)定性能。其厚

注：H－層高或剪力墻無支長度的較小值

對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)定其抗震等級(jí)應(yīng)比表1中規(guī)定的抗震等級(jí)要高一級(jí)采用。故除6度區(qū)外，短肢剪力墻的抗震等級(jí)至少為一級(jí)。對(duì)于住宅建筑，填充墻厚一般為200mm，相應(yīng)剪力墻厚也取為200mm。住宅層高一般為2.8～3.0m，故墻厚取200mm，除底層加強(qiáng)區(qū)的一字形短肢剪力墻外，均能滿足規(guī)范要求。

對(duì)于無地下室的高層住宅，因其基礎(chǔ)埋深一般在2.5m以上，則底層墻體高度會(huì)在5.0m以上，若按層高的1/16確定墻厚，將超過300mm，大于填充墻厚度。為避免出現(xiàn)此種情況，在布置剪力墻時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑平面，盡量不用一字形剪力墻，而采用L、T、Z、十字形等截而形式，且使翼緣長度大于其厚度的3倍，這樣一方面墻體抗震性能更好，另一方面墻厚也可取為剪力墻無支長度的1/16。由于住宅建筑中剪力墻肢長一般小于3.0m，故厚度采用200mm滿足構(gòu)造要求。

2 對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)影響的處理

《高規(guī)》4.3.5條規(guī)定：“結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T1與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。”對(duì)于位移比超限的處理方法。可采取

的方法有：調(diào)整最大位移發(fā)生處的附近洞口位置及尺寸，或最大位移發(fā)生處的墻肢厚度，以增加該處的剛度，減小位移。對(duì)于周期比的超限，可采取的方法有調(diào)整質(zhì)心兩側(cè)剪力墻的位置及墻肢長度，使其質(zhì)心與剛心盡量接近；盡量加大周邊剪力墻，提高抗扭剛度，減少核心筒剛度，削弱結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度，從而加大第一平動(dòng)周期；其軸線通過或靠近結(jié)構(gòu)剛心的剪力墻對(duì)結(jié)構(gòu)抗扭剛度貢獻(xiàn)不大，但對(duì)側(cè)移剛度貢獻(xiàn)較大，也必須削弱。

3 對(duì)角窗的處理

高層建筑的角部在地震中是最薄弱的部位，但有些時(shí)候建筑為了立面效果或?yàn)榱碎_發(fā)商房子好銷售，在高層建筑的角部設(shè)置角窗，對(duì)此類情況應(yīng)采取以下措施：提高角窗兩側(cè)墻肢的抗震等級(jí)，并按提高后的抗震等級(jí)滿足軸壓比限值的要求，如不滿足宜加厚墻肢；角窗兩側(cè)的墻肢應(yīng)沿全高均按《高規(guī)》5.5.4條要求設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；抗震計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)藕連影響；轉(zhuǎn)角窗房間的樓板宜適當(dāng)加厚，宜采用雙層雙向配筋；加強(qiáng)角窗窗臺(tái)的連梁的配筋與構(gòu)造。

4 對(duì)剪壓比超限的連梁處理

剪壓比超限問題在剪力墻中是很常見的，尤其是在高烈度區(qū)，經(jīng)常是計(jì)算完后多處洞口上連梁超限。處理方法是一般先減連梁高度，以減少連梁吸收的地震力，如果仍然超筋，說明該連梁兩側(cè)的墻肢過強(qiáng)或者是吸收的地震力太大。此時(shí)，想通過調(diào)整使計(jì)算結(jié)果不超筋是困難的，也是沒有必要的。就好比說，它原來沒有這個(gè)能力，你非要讓它有這個(gè)能力，這當(dāng)然很困難。從連梁的作用來說，首先它是在兩個(gè)墻肢之間傳遞內(nèi)力，對(duì)墻肢起到約束作用，其次它是在地震來臨時(shí)充當(dāng)?shù)谝坏婪谰€，起到耗能作用。因此，對(duì)于減少連梁的高度仍然超筋連梁（指抗剪超筋）的設(shè)計(jì)原則應(yīng)該是這樣的：首先按該連梁截面能承受的最大剪力（高規(guī)JGJ3－20027.2.23）計(jì)算連梁抗剪箍筋；根據(jù)該剪力值計(jì)算出連梁端部彎矩（為簡(jiǎn)化起見，假設(shè)反彎點(diǎn)在中點(diǎn)），并作適當(dāng)折扣（例如：一級(jí)乘以0.8），然后根據(jù)該彎矩值計(jì)算連梁縱筋。這樣做的目的是為了保證連梁的強(qiáng)剪弱彎，故意讓連梁先出現(xiàn)塑性鉸。當(dāng)多遇地震來臨時(shí)，連梁端部彎矩很快達(dá)到極限抗彎承載力，出現(xiàn)塑性鉸，端部彎矩不再增加。由于彎矩與剪力之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系，連梁中的剪力也不再增加。而我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，已經(jīng)保證了在端部彎矩達(dá)到極限抗彎承載力的情況，，抗剪能力是有富余的，所以此時(shí)抗剪不會(huì)破壞。在這種情況下，連梁仍能保證對(duì)豎向荷載的承載能力，同時(shí)對(duì)墻肢有一定的約束能力，并具有變形耗能能力，破壞具有一定延性，基本上滿足設(shè)計(jì)對(duì)連梁的基本要求。唯一與計(jì)算不符的是，連梁對(duì)墻肢的約束作用比計(jì)算的要小，其結(jié)果是墻肢的內(nèi)力比計(jì)算值要大，可以在電算時(shí)對(duì)此類墻肢的地震力放大系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，按調(diào)整后的電算結(jié)果適當(dāng)加強(qiáng)相鄰墻肢的配筋。

5 約束邊緣構(gòu)件箍筋的設(shè)置

約束邊緣構(gòu)件分為“陰影部分”和“非陰影部分”，對(duì)于“陰影部分”規(guī)范中對(duì)豎向鋼筋和箍筋或拉筋的配置都有較明確的要求，設(shè)計(jì)中易于理解和執(zhí)行。但對(duì)于“非陰影部分”僅規(guī)定其箍筋配箍特征值為“陰影部分”配箍特征值的一半，但箍筋或拉筋沿豎向的間距及豎向鋼筋應(yīng)如何配置并未做出具體規(guī)定，因此，目前在工程設(shè)計(jì)中做法比較混亂。而豎向鋼筋可在箍筋交叉點(diǎn)處按剪力墻豎向分布筋直徑設(shè)置。同時(shí)，還有一點(diǎn)應(yīng)注意，為了充分發(fā)揮約束邊緣構(gòu)件的作用，在剪力墻邊緣構(gòu)件范圍內(nèi)，箍筋的長短邊之比不宜大于3，相鄰兩個(gè)箍筋之間宜相互搭接1/3箍筋長邊的長度。

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