鋼筋混凝土框架剪力墻結構設計探討

（遂溪縣建筑工程質量監督站，廣東，遂溪，524300）

【摘要】剪力墻結構因其良好的適用性和抗震性，廣泛應用于在我國的高層建筑中。本文結合工程實例，分別介紹了鋼筋混凝土剪力墻結構的地上及地下設計，并通過對結構計算的分析，提出了施工注意事項，以期指導同類工程建設。

【關鍵詞】剪力墻；地下結構設計；地上結構設計；結構計算分析；注意要點

剪力墻結構廣泛運用于現代高層建筑，是高層建筑中的主要結構形式。目前，越來越多的剪力墻結構高層建筑拔地而起，但是，隨之而來的是我們發現這些工程在設計上還存在著一些需要改善的地方。因此，為正確設計出完善的剪力墻結構，就必須了解剪力墻的特性，發揮其所長，克服其所短，做好數據分析，正確進行結構布置施工。

1 工程概況

本工程由22層塔式建筑和18層板式建筑組成，建筑面積38351m2，框架剪力墻結構，基礎形式為樁筏基礎。地下1層為車庫；地上3層為商場；4層以上為住宅。室外地坪主要屋面高度:22層為66．58m，18層為52．67m。

該項目基本風壓為0．35kN/m2，地面粗糙度C類；基本雪壓0．3kN/m2；地震烈度為7度，設計基本地震加速度0．10g，設計地震分組是第一組，Ⅱ類場地；單位荷載重為190t/m2，地下室深為4．6m，對差異沉降敏感。

2 地下結構設計

2.1 場地工程地質條件

根據巖土工程詳細勘察報告書，擬建場地工程地質條件見表1。

表1 擬建場地工程地質條件

2.2 地下水

本場地地下水主要為賦存于①人工填土及第四系粘性土層中的為上層滯水，水量較小，分布不均勻，受大氣降水和地表水補給，水位季節性變化，未形成連續穩定水面，勘察期間測得部分鉆孔中的上層滯水穩定水位埋深為1．6m～2．00m，相當于標高39．85m～40．64m。賦存于④中粗砂，⑤圓礫。勘察期間，測得地下水穩定水位埋深為0．50m～6．20m，相當于標高31．87m～37．21m。

2.3 基礎設計

本工程塔樓與其周邊裙房、純地下室之間的荷載差異較為懸殊，必然造成較大的差異沉降。經過計算，高層建筑如果采用天然地基上的筏板基礎其平均沉降值約為140mm，而裙房和純地下室部分的沉降僅為40mm。裙房、純地下室部分的基底平均建筑荷載低于原位土體重力，使得高層建筑地基土的側限條件被永久性削弱，將影響相關部位地基承載力的充分發揮。基于以上因素的考慮，本工程的基礎方案確定為人工挖孔樁筏板基礎。施工期間在塔樓與裙房、純地下室間設置沉降后澆帶，以減少差異沉降的影響。

3 地上結構設計

3.1 結構布置

在框架剪力墻結構中，剪力墻是主要的抗側力構件。如果僅在一個主軸方向布置剪力墻，將會造成兩個主軸方向的抗側力剛度懸殊，無剪力墻的一個方向剛度不足且帶有純框架的性質，與有剪力墻的另一方向不協調，地震時容易造成結構整體扭轉破壞。本工程平面布置呈矩形，在兩個方向均布置了剪力墻成雙向抗側力體系，有效的減小了層間側移。

3.2 轉換層設計

帶轉換層的高層建筑結構屬于不規則的復雜結構，在地震作用下容易形成敏感的薄弱部位，造成地震震害。轉換層的設置位置對高層建筑結構的抗震性能有重大的影響。高層建筑結構底部轉換層的位置越高，轉換層上、下剛度突變越大，轉換層上、下結構內力傳遞途徑的突變也會加劇，而且，轉換層的位置越高，落地剪力墻或筒體易出現彎曲裂縫，從而使框支柱的內力增大，轉換層上部附近的剪力墻易于破壞。總之，帶轉換層的高層建筑結構，底部轉換層的位置越高對抗震越不利。

工程采用框架剪力墻結構體系，地下停車庫采用框架結構，主樓1層～3層為商場，甲方要求盡可能減少落地剪力墻數量，以保證使用空間，增加了設計的難度。為保證主體結構豎向剛度均勻，避免剛度突變形成薄弱層，《高規》規定當轉換層設置在地面以上第1層時，可近似采用轉換層上、下結構等效剪切剛度γ表示轉換層上、下結構剛度的變化，抗震設計時γ不應大于2。當轉換層設置在地面以上第2層及第2層以上時，抗震設計時γ不應大于1．3。本工程采取了如下措施:

3.2.1 在滿足層間位移的前提下，盡量減少轉換層上部剪力墻的數量，加大剪力墻上洞口的尺寸，減少連梁高度，以減少上部剛度。

3.2.2 經得甲方同意降低三層商場的高度，由原來的5．7m改為3．6m，增大了轉換層下部剛度。

3.2.3 加大底部墻體厚度，一層墻厚450mm，二層墻厚400mm，三層墻厚350mm，四層以上墻體厚度取200mm。

4 結構計算分析

該主體結構采用中國建筑科學研究院編制的SATWE程序進行計算分析，將上部結構與地下室作為一個整體進行設計計算。其地震作用下用VSS求解器考慮扭轉耦聯時的振動周期。

4.1 結構周期見表2。

表2 結構振動周期

第1扭轉周期與第1平動周期的比值為0.29，小于0.9，滿足《高規》第三章4.3.5條。

4.2 結構位移見表3。

表3 結構位移

最大樓層層間相對位移為1/1972小于1/800，滿足《高規》4．6．3條。

4.3 剪重比和等效質量系數。X，Y方向最小剪重比大于1．6%，X，Y方各有效質量系數大于90%，滿足《高規》5．1．13。

4.4 0．2Q0調整系數。首層框架承擔的剪力值很小，所以應按《高規》8．1．4條進行調整，即框架總剪力應按0．2Q0和1．5Vf，max二者的較小值采用。

4.5 轉換層上下等效側向剛度比γ。X向γ=0．48；Y向γ=0．36小于1．3，滿足《高規》附錄E．0．2條的規定。

4.6 結構整體穩定驗算結果。

X向剛重比EJd/GH＊＊2=5．21，

Y向剛重比EJd/GH＊＊2=3．64。

該結構剛重比EJd/GH＊＊2大于1．4，能夠通過高規5．4．4的整體穩定驗算。

該結構剛重比EJd/GH＊＊2大于2．7，可以不考慮重力二階效應。

5 施工注意要點

5.1 高層建筑與裙房之間設置后澆帶后，施工中應注意將后澆帶兩側之構件妥善支撐，同時也應注意由于設置后澆帶可能引起各部分結構的承載力問題與穩定問題，必要時應進行補充計算。設置后澆帶后，使裙房擋土墻的側壓力不能傳遞至高層建筑主體結構上，如果支撐不當，施工時可能發生事故。在地基的承載力、變形和穩定性滿足要求的條件下，沉降后澆帶也可設置在高層建筑與裙房交界處裙房一側的第一跨內。

5.2 底盤部分的剪力墻應提高混凝土的強度等級，加大其截面尺寸，盡量少開洞或開小洞，落地剪力墻應成組布置，盡可能圍成筒體。

5.3 轉換層附近的樓板應加大板厚及采用雙向雙層配筋。轉換層樓板及底盤屋面的厚度不應小于200mm，配筋率不應小于0．30%。

6 結語

總之，只有在設計中充分重視，根據施工受力的特點，充分了解其各種機理，合理、對稱、均勻地布置，正確掌握設計指導施工，并且不斷地總結經驗，才能設計出安全、經濟、合理的建筑結構。

參考文獻

[1] 宋慶軍;張海軍;剪力墻設計中的幾個問題[J];華章;2010年23期

[2] 吳湛宇;;淺析短肢剪力墻結構及異形柱結構的設計[J];科技風;2010年13期