關于高層剪力墻結構層間位移角調整的幾點建議

邯鄲市瑞達工程設計有限公司 河北邯鄲 056000

摘要：高層建筑一定程度上解決了人口增加與住房緊張的矛盾，并由此得到社會各界關注，高層建筑結構較為實用的為剪力墻結構，當建筑達到一定高度后，墻體剛性主要受風荷載影響。通過對層間墻體的設計、數量及原料改進等方法，可調整層間位移，從而改變墻體的剛性，在調整過程中要注意X向和Y向墻體層間位移角盡量接近。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻；層間位移；風荷載

社會人口的增加與居住面積之間矛盾的加劇，致使高層建筑逐漸受到社會各界的關注。我國高層住宅建筑的結構體系可分為鋼筋混凝土框架結構、鋼筋混凝土剪力墻結構和鋼筋混凝土框架-剪力墻結構三種類型。其中剪力墻結構具有剛度大、抗震性好、塑性變形能力和側向變形能力強、結構高的優點，滿足了住宅建筑的需求，且能充分利用土地資源，因此備受青睞。

一、高層建筑結構設計要求

高層建筑的結構功能是建筑體量組成和結構藝術的表達基礎，再設計過程中不能離開實踐的基礎而僅進行單純的理論計算或推理。建筑設計概念主要由建筑工程師決定，設計者應具有準確的判斷力，在實踐基礎上對建筑結構做出科學、嚴謹、規范的計算及分析，從而解決高層建筑設計中可能涉及的各類基礎性問題，例如水平荷載對于建筑結構的影響及其解決措施、建筑墻體剛性的相關問題及其解決措施等。

高層建筑結構設計需要滿足兩方面的要求，一是建筑結構承載能力極限狀態，二是建筑結構正常使用極限狀態，其中后者對結構設計起主要控制作用。高層建筑在地震或風荷載作用下要滿足水平變形的要求，水平變形過大不僅會損壞豎向結構構件，影響結構的承載力；還能影響非結構構件的實用性能，如幕墻、隔墻和填充墻等，進而影響建筑結構的整體穩定性。高層建筑混凝土結構技術規程中規定高度為150m以下的純剪力墻結構的高層建筑，其樓層層間最大位移（ui）與層高（hi）之比小于1：1000。高層建筑彈性層間位移角受地震作用影響較小，主要影響因素為風荷載，尤其是沿海城市風荷載對于層間位移角的影響更為突出。

二、層間位移角

（一）層間位移角計算式

建筑物側向剛度的大小用層間位移角度量，因此高層建筑結構的抗側剛度的保證需要應對層間位移角進行合理控制。層間位移角（θi）大小等于樓層層間最大彈性水平位移（△ui）與對應樓層高度（hi）的比值，用公式表示為：θi=△ui：hi

層間位移角限值由鋼筋混凝土豎向構件開裂時對應的層間位移角大小決定。由公式可知，當樓層高度固定時，樓層層間最大彈性水平位移直接決定層間位移角，控制層間位移角等同于控制該樓層所有豎向構件的層間位移。高層建筑受水平作用力的情況較為普遍，因此樓層層間最大水平位移在該結構單元的盡端處。

（二）層間位移角計算

對于高度不超過150m的建筑物，由于整體彎曲變形對于建筑物位移的影響較小，因此樓層層間最大位移（ui）以樓層豎向構件最大的水平位移差進行計算，不考慮整體彎曲轉角產生的側移。而對于高度超過150m的建筑物而言，整體彎曲變形產生的側移數值較大，應在計算時扣除此部分的變形或將位移角極限值適當提高。層間位移包括受力位移（△uid）和非受力位移（△ui-1）兩部分。受力位移引起的變形為有害變形，對應位移記為θid。相關各量關系示意圖見圖1。

非受力位移為：△ui-1=θi-1hi；

受力位移為：△uid=△ui-△ui-1，

則受力位移角：θid=θi-θi-1=△uid：hi

圖1層間位移角關系示意圖

三、層間位移調整

（一）高層建筑參數計算

以某工程高層建筑為例，說明層間位移調整的過程。該建筑為剪力墻結構，地震設防烈度為7度（0.1g）；基本風壓為0.8kP，且為50年一遇；場地類別為Ⅲ類，地面粗糙程度為B類；建筑長為44m（X），寬為18.2m（Y），最小寬度為9.9m，總樓層高度為為99.99m。

該高層建筑Y向為建筑物的弱項，需布置較多剪力墻。根據建筑墻體布置及使建筑X、Y方向的動力特性相近的原則，對全樓面進行剛性樓板假定的基礎上，采用SATWE結構計算軟件對各層層間位移角進行計算，并繪制如下圖像，見圖2.

X向最大層間位移角曲線圖

Y向最大層間位移角曲線圖

圖2各層層間位移角曲線圖

由計算可知，該建筑在地震作用下層間位移均達到相關建筑要求，但在風荷載作用下，Y向的最大層間位移為1：908，超過相關規定要求，需要進行調整。

（二）層間位移調整過程

由以上計算結構可知，Y向層間位移與規定差值較大，局部調整難以達到實際要求，應從整體對建筑結構進行調整，改善結構的抗側剛度。

1、增加Y向剪力墻的數量，并調整其結構布置。高層剪力墻設計避免一字型或一字短肢型，應設計為L或者T型，增強剪力墻的實用性能。若建筑要求需設計為一字型時，應在剪力墻兩側進行端柱設計。

2、建筑結構整體剛度受外側剪力墻的剛度影響較大，加大Y向外側剪力墻的剛度可大幅度提高建筑結構的整體剛度；若剪力墻需要Y向分段，可在分段處用高連接梁連接，以確保墻段之前的剛度傳遞效果。風荷載作用效應計算時，可忽略連梁的剛度折減。

3、建筑結構剪力墻之間彼此聯系，互相影響。X向與Y向剪力墻之間同樣互相影響，如與Y向剪力墻相連的X向剪力墻長度的改變，將影響Y向剪力墻的剛度，從而影響Y向的層間位移角。當其他條件不變時，X向剪力墻長度減少，與之相連的Y向剪力墻剛度減小。同理，X向墻體的厚度與寬度同樣影響Y向墻體的抗側剛度，因此加大X向短墻肢的寇杜或X向連梁及墻體的寬度，可增大Y向墻體的剛度。實踐證明，X向連梁或梁的高度的變化對于Y向剪力墻剛度影響甚微。

4、增加建筑結構外圍Y向剪力墻的厚度可提高Y向墻體的抗側剛性