實例分析高層住宅建筑剪力墻結構設計

韋唐君

【摘要】本文結合工程實例，分析了小高層住宅基礎設計要求，詳細介紹了剪力墻結構設計及科學布置的要點。

【關鍵詞】實例分析；高層住宅建筑；剪力墻；結構設計

1、工程實例

某住宅樓經調查地表無不良地質現象存在。該工程屬于住宅建筑，設計使用年限為50年，建筑耐火等級為二級。抗震設防烈度為七度，主體為剪力墻結構，裙房為框架結構。地基基礎設計等級為乙級，主體為筏板基礎，裙房為柱下獨立基礎和墻下條形基礎。總建筑面積為6485. 72㎡，東西長約42. 0m，南北長約15. 0m，主體為地上12層帶1層地下室，右邊裙房為地上1層帶1層地下室，前邊裙房為地上1層。（本文僅介紹主體的剪力墻結構設計）

2、概念設計與總體指標控制

小高層住宅剪力墻結構由于住宅建筑空間分割面積較小，很多設計人員對剪力墻布置往往有一定的隨意性，電算通過后就不加調整地去做施工圖，實際上如此結構布置很難做到安全、合理、經濟。概念設計具體到工程設計中需要結構設計人員布置剪力墻時，在結構平面上盡量使x向和y向抗側剛度接近，剪力墻不宜過多以免剛度過大，在梁系布置上也應力求受力明確，傳力路徑簡捷，避免梁系為多重搭接傳力，造成安全隱患。在豎向布置上也要力求均勻，避免少數樓層出現敏感薄弱部位，使結構整體形成均勻的抗側力結構體系，在此基礎上，結合電算才能作出安全、經濟、合理的結構。

3、基礎設計

目前的剪力墻體系小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設置地下室。基礎多采用筏板基礎。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長度也直接影響結構整體安全和工程造價。該工程上部12層帶1層地下室，根據勘察報告，取筏板厚為1000 mm，經細算后筏板可減至800mm，經濟性明顯。因此，基礎選型應作方案比較，才能選定經濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，對小高層來說一般筏板厚初選時可按樓層數計，即每層按50mm厚增加。如12層建筑則初選可取600mm厚試算，試算后根據筏板配筋情況調整筏板厚度。由于考慮地下室的使用合理性，常規采用設置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用是明顯的，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達百米以上，中間就設置幾條后澆帶，也沒有其他措施是不妥當的。目前可采用添加劑以補償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內可不設或少設后澆帶，并且對所設后澆帶采取必要的保護和加強措施。該工程長50. 75m，大于規范要求的45m，故筏板基礎采后澆帶來解決結構超長的問題，效果良好。

4、剪力墻設計

4.1 剪力墻科學合理的布置

剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，且x，y兩向的剛重比接近。在結構布置應避免“一”字形剪力墻，若出現則應盡可能布置成長墻（h/w>8）；應避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應部位應設置暗柱，當梁高大于墻厚的2. 5倍時，應計算暗柱配筋，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件時兩個方向均應布置成長墻；規范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程剪力墻布置后，剛心和質心x向在同一位置，y向相差0. 5 m，大大減小了扭轉效應；主梁擱置在剪力墻上的，在相應部位設置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。

4.2 剪力墻配筋及構造

4.2.1 剪力墻配筋

該工程剪力墻一層墻厚（除電梯間四周）為250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。六層以下水平筋Φ10@ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@ 400拉筋；六層以上Φ8@ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用Φ6@ 600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋 14@ 200為主要受力鋼筋，水平筋則構造配置，該工程均取 12@ 150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產生的側壓力控制，簡化計算后由豎向筋控制。為增大計算墻體的有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內側，豎向鋼筋放在外側。

4.2.2 剪力墻邊緣構件的設置

試驗研究表明，鋼筋混凝土設置邊緣構件后與不設邊緣構件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩定性，因此一般一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件；其余剪力墻應按《高規》第7. 2. 17條設置構造邊緣構件。有工程技術人員對剪力墻約束邊緣構件配箍特征值偏大的問題進行了研究，對某具體工程計算結果中在墻肢軸壓比小于0. 25情況下計算配筋僅為構造配筋，而約束邊緣構件配筋則高達40c㎡，造成設計時鋼筋配置困難，施工難度更大，雖然在小高層設計不常見，但上述情況也反映出配箍特征值偏大的實際情況，故對剪力墻的配筋應首先區分剪力墻的受力特性及類別，即普通剪力墻（長墻）、短肢剪力墻、小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向屬短肢墻來區別對待。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規范要求的最小配筋率，建議加強區0. 7%，一般部位0.5%；對于短肢剪力墻，應按《高規》第7.1. 2條控制配筋率加強區1.2%，一般部位1.0%；對于小墻肢其受力性能較差，應嚴格按《高規》控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設計，并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區1.2%，一般部位1.0%；而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設計中往往按長肢墻進行暗柱配筋并不妥當，

4.2.3 剪力墻的連梁

剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，雖然在計算中對其剛度進行折減，但在地震作用下彎矩、剪力仍很大，有時很難進行設計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計算圖形不符，相應配筋亦較大，不合理。所以連梁高度計算與設計統一規定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用輕質材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加1根梁，2根梁之間用輕質材料填充。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平筋。該工程連梁截面均為墻厚×400mm，大部分連梁縱筋為4 14，箍筋為Φ8@100；個別連梁縱筋為4 16，箍筋為Φ8@ 100。

4.2.4 剪力墻的暗梁

對于框架-剪力墻結構，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時，宜設置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱，這是因為周邊有梁柱的剪力墻，抗震性能要比一般剪力墻要好。剪力墻結構則沒有這方面的要求，在墻板交接處設置暗梁對加強墻體整體性作用還是有利的，但究竟有多大則無從確定。因此在樓層位置設置暗梁雖然可行，但沒有必要設置太大斷面及配筋。該工程在地下室擋土墻頂面設置暗梁，斷面取墻厚×500mm，配筋上下各2 18。

5、結束語

小高層住宅剪力墻結構設計呈多樣化的趨勢，如何做到安全、經濟需要結構設計人員通過充分運用概念設計把握結構的整體性，科學布置剪力墻，合理設計基礎。

參考文獻

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