淺談高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

青島中海盛興房地產(chǎn)有限公司 山東青島 266024

摘要：近年來，越來越多的高層住宅采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，主要是由于鋼筋混凝土短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可靈活布置，房間里面沒有露梁露柱現(xiàn)象，可以帶來很大的彈性空間。本文將談?wù)劯邔幼≌袅Φ慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：高層住宅；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.引言

這些年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生活水平的提高，人們對住宅的要求越來越高。原來普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱、普通剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑空間嚴(yán)格限制已無法滿足人民對居住空間的需求。所以，在原有剪力墻的基礎(chǔ)上吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，逐步發(fā)展成適應(yīng)人們新觀念住宅的高層住宅結(jié)構(gòu)類型，即“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異形柱框架結(jié)構(gòu)”類型。這兩個新的結(jié)構(gòu)類型在很大程度上克服了普通框架剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點，受到了多數(shù)人的肯定和歡迎，所以短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用。短肢剪力墻的變形特性與框架剪力墻結(jié)構(gòu)相類似。然而，比框架結(jié)構(gòu)的剛度和內(nèi)力分布更加合理，而結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的豎向位移差比框剪結(jié)構(gòu)小。

2.剪力墻布置

剪力墻布置除應(yīng)符合規(guī)程的相關(guān)規(guī)定外，本文將對剪力墻布置提出了一些要求，包括短肢剪力墻和梁、墻的布置。

2.1 雙向布置剪力墻及抗側(cè)剛度

高層建筑應(yīng)該有較好的空間工作性能，而剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)雙向設(shè)置，形成空間結(jié)構(gòu)。在抗震結(jié)構(gòu)中，應(yīng)避免單向布置剪力墻，并宜使兩個方向抗側(cè)剛度接近，那就是，這兩個方向的自振周期應(yīng)接近。

另外，剪力墻的抗側(cè)剛度和承載力較大，為了充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，提高剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，使結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)膫?cè)向剛度，。

2.2 豎向剛度均勻

剪力墻的布置對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度的影響很大，而剪力墻沿高度不連續(xù)，將造成結(jié)構(gòu)沿高度剛度突變，所以應(yīng)要求剪力墻自上到下連續(xù)布置。允許沿高度改變墻厚和混凝土等級，或減少部分墻體，使抗側(cè)剛度沿高度逐漸減小。

2.3 墻肢高寬比

高層剪力墻易于設(shè)計成通過彎曲破壞的延性剪力墻，從而避免脆性的剪切破壞。在抗震結(jié)構(gòu)中，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有延展性，和墻的寬度比應(yīng)大于2。當(dāng)墻的長度很長一段時間，為了滿足每個墻段的高寬比大于2，通過在墻上開設(shè)洞口將長墻分成長度較小，更均勻的獨立墻段，墻的每個獨立的部分可以是一個整體，也可以聯(lián)肢剪力墻。

2.4 剪力墻洞口的布置

剪力墻洞口的布置，會極大地影響剪力墻的力學(xué)性能。因此，布置剪力墻洞口時應(yīng)滿足以下3方面要求。

（1）規(guī)則開洞，洞口成列、成排布置，能形成明確的墻肢和連梁，應(yīng)力分布比較規(guī)則，又與當(dāng)前普遍應(yīng)用程序的計算簡圖較為符合，設(shè)計結(jié)果安全可靠。同時宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設(shè)置；

（2）對于錯洞剪力墻和疊合錯洞墻，二者都是不規(guī)則開洞的剪力墻，其應(yīng)力分布復(fù)雜，容易造成剪力墻的薄弱部位，常規(guī)計算無法獲得其實際內(nèi)力，構(gòu)造比較復(fù)雜。其主要特點是洞口錯開距離很小，甚至疊合，不僅墻肢不規(guī)則，洞口之間形成薄弱部位，疊合錯洞墻比錯洞口墻更為不利，設(shè)計時應(yīng)盡量避免。當(dāng)無法避免疊合錯洞布置時，應(yīng)按有限元方法仔細(xì)計算分析并在洞口周邊采取加強(qiáng)措施或采用其他輕質(zhì)材料填充將疊合洞口轉(zhuǎn)化為規(guī)則洞口的剪力墻或框架結(jié)構(gòu)；

（3）具有不規(guī)則洞口剪力墻的內(nèi)力和位移計算應(yīng)符合規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。目前除了平面有限元方法外，尚沒有更好的簡化方法計算。對結(jié)構(gòu)整體計算中采用了桿系、薄壁桿系模型或?qū)Χ纯谧髁撕喕幚淼钠渌邢拊Ｐ蜁r，應(yīng)對不規(guī)則開洞墻的計算結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，必要時應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充計算和校核。

2.5 剪力墻和加強(qiáng)部位

（1）抗震結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)塑性鉸的部位應(yīng)作為加強(qiáng)部位。而剪力墻頂層、樓電梯間墻等不宜作為加強(qiáng)部位，這樣作的目的是對塑性鉸部位可以有更明確的措施，與由于溫度、收縮等需要的加強(qiáng)措施區(qū)別；

（2）剪力墻塑性鉸出現(xiàn)后，剪力墻應(yīng)具有足夠的延性，剪力墻底部塑性鉸出現(xiàn)都有一定范圍，該范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造措施，提高其抗剪切破壞的能力；

（3）為安全起見，設(shè)計剪力墻時將加強(qiáng)部位范圍適當(dāng)擴(kuò)大，抗震設(shè)計時，一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值，當(dāng)剪力墻高度超過150m時，為避免加強(qiáng)區(qū)太高，其底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/10。

3.短肢剪力墻設(shè)計要求

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。當(dāng)截面高度與厚度之比小于3時，應(yīng)按柱計算（當(dāng)異形柱的形成應(yīng)根據(jù)要求設(shè)計的異形柱，但高層建筑不允許異形柱框架結(jié)構(gòu)），剪力墻高厚比大于3，且小于5剪力墻，也算是短肢剪力墻，由于其較弱，可以提出不應(yīng)使用高厚比小于5的墻肢，為小墻肢軸壓比應(yīng)修訂給予更嚴(yán)格的限制，所以即使有短肢剪力墻，也要盡量使墻肢截面高厚比大于5。

3.1 應(yīng)用范圍

高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計應(yīng)注意：首先，短肢剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）一起抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)；其次，短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的最大高度應(yīng)低于規(guī)范規(guī)定值的剪力墻結(jié)構(gòu)，7度和8度抗震設(shè)計時不應(yīng)大于100m和60m；第三，B級高層建筑和9度抗震設(shè)計的高層建筑的高度，即使設(shè)置筒體，也不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；第四，如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有一些小墻肢，不屬于短肢剪力墻與筒體共同工作的剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.2 加強(qiáng)措施

對于短肢剪力墻設(shè)計中應(yīng)著重以下加強(qiáng)措施。

（1）為限制過多的剪力墻的數(shù)量，在抗震設(shè)計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩50%；

（2）抗震設(shè)計時，短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比規(guī)范中規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用；目的是從構(gòu)造上改善短肢剪力墻的延性；

（3）出于改善延性的考慮，抗震設(shè)計時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7（對一般剪力墻，三級抗震等級時軸壓比未限制）；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應(yīng)降低0.1；

（4）對于短肢剪力墻的剪力設(shè)計值，不僅底部加強(qiáng)部位應(yīng)調(diào)整，其他各層也要調(diào)整，一、二級抗震等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2，目的是避免短肢剪力墻過早剪壞；

（5）短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%；

（6）對于短肢剪力墻截面最小厚度，無論抗震還是非抗震設(shè)計，其厚度都不應(yīng)小于200㎜；對于非抗震設(shè)計，除要求建筑最大適用高度適當(dāng)降低外，對墻肢厚度限制的目的是使墻肢不致過小。

結(jié)束語

總之，在剪力墻設(shè)計中，要根據(jù)受力特點，充分掌握和了解其受力特點和破壞機(jī)理后，并選擇合理的布局，掌握正確的計算分析方法，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)將在高層住宅中具有廣泛的發(fā)展應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，中國建筑工業(yè)出版社。