建筑住宅樓剪力墻結構設計計算研究

許素榮

【摘 要】本文基于高層建筑及結構的現(xiàn)狀出發(fā)，著力于剪力墻結構設計計算研究，從短肢剪力墻的內涵于方法剖析，短肢剪力墻設計及抗震加強及受力分析，以期推進住宅樓剪力墻結構設計計算的科學規(guī)范，促進建筑質量的不斷提升。

【關鍵詞】短肢剪力墻；設計；受力分析

隨著我國的改革開放，人民的生活水平的日益提高，在我國的一些大、中城市都大量的興建住宅樓，在城市用地的日趨緊張及住戶對在房屋的使用功能、面積和房間組合等提出越來越高的要求，高層住宅樓越來越多，而且平面布置也趨于復雜。在多數(shù)住宅樓中，把樓梯、電梯及豎向管道井置于中部，形成一個豎向交通核心，各住宅單元圍繞該中心布置的平面布置方法，經過長時期的使用，證明了這種格式的高層住宅樓各單元的通風采光良好、平面緊湊、結構外露面少，而且較為經濟，已普遍被推廣。

《高屋建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002） 中提出“ 近年興起的短肢剪墻結構有利于住宅建筑布置，又可進一步減輕結構自重。”肯定了短肢剪力墻在高層住宅中的優(yōu)點和特點。基于此，本文重點從剪力墻結構設計計算進行探索。

1 高層建筑現(xiàn)狀及結構

在我國，舊規(guī)范規(guī)定8層以上的建筑都被稱為高層建筑，而目前，接近20層的稱為中高層，30層左右接近100m稱為高層建筑，而50層左右200m以上稱為超高層。在新《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002）里規(guī)定：10層及10層以上或高度超過28m的鋼筋混凝土結構稱為高層建筑結構。當建筑高度超過100m時，稱為超高層建筑。

我國的房屋6層及6層以上就需要設置電梯，對10層以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火規(guī)范，因此我國的《民用建筑設計通則》（GB50352—2005）、《高層民用建筑設計防火規(guī)范》（GB50045-95）將10層及10層以上的住宅建筑和高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑劃稱為高層建筑。

高層建筑中短肢剪力墻是通過加開結構洞及加大門窗洞口的寬度，墻體由幾個短的獨立的鋼筋混凝土墻段，通過連梁拉結，以達到減少剪力墻肢長，增長建筑物自振周期和降低地震作用的目地。短肢剪力墻屬剪力墻的一種，通過采用T 形、L 形、十字形等的墻肢。這些墻肢主要分布于房間分隔墻的交點處，并視抗側力的需要和分隔墻相交的形式而布置適當數(shù)量的各種形式的短肢墻，并在各墻肢處布置連梁，把這些短肢墻連結成一個整體，而未利用部分的剪力墻中的間隔墻，則用輕質砌體填充。

2 剪力墻結構設計

（1）短肢剪力墻的內涵

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。但《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》第7.1.2條規(guī)定高層建筑結構不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結構，短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構。

（2）短肢剪力墻的方法剖析

《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》第7.1.3條規(guī)定了B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度高層建筑，不應采用第7.1.2條規(guī)定的具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構。

短肢剪力墻結構的必要條件為抗震設計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的50%。

短肢剪力墻結構的下限，當短肢墻較少時，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的15%～ 40%，則可以按普通剪力墻結構設計。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度高層建筑，即使置筒體，也不能采用。最大適用高度比高規(guī)表4.2.2-1中剪力墻結構的規(guī)定值適當降低，且7度和8度抗震設計時分別不應大于100m和60m。在剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成短肢剪力墻結構而應作為一般剪力墻結構處理。短肢剪力墻結構，其首先應是全剪力墻結構，應有足夠的長肢剪力墻。如果把短肢墻看成異形柱，則短肢剪力墻結構可以認為呈框剪結構的變形特征。當結構形式符合短肢剪力墻結構形式后，才能在軟件“總信息”參數(shù)的結構體系中，定義結構為“短肢剪力墻結構”。

（3）短肢剪力墻設計

短肢墻設計，短肢剪力墻為58（不限）。當有大于兩肢的短肢墻或異形柱時，盡管各肢的長寬比符合要求，也宜按墻輸入設計。

短肢墻設計主要參數(shù)有軸壓比（按剪力墻）、剛度（墻輸入、采用殼元或薄壁桿元）、配筋（按剪力墻）、構造（按高規(guī)的短肢墻構造）。

弱短肢剪力墻（截面高厚之比小于5的墻肢）規(guī)定了不宜采用墻肢截面高度與厚度之比小于為5的剪力墻；當其小于5時，其在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一級（9度）、一級（7、8度）、二級、三級時分別不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。

短墻（截面高度之比不大于3的墻肢）規(guī)定剪力墻的截面高度與厚度之比不大于3時，應按柱的要求進行設計，底部加強部位縱向鋼筋的配筋率不應小于1.2%，其它部位不應小于1.0%，箍筋應沿全高加密。

（4）短肢剪力墻設計抗震加強分析

抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用。

各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應降低0.1。除底部加強部位應按高規(guī)7.2.10條調整剪力設計值外，其它各層短肢剪力墻的剪力設計值，一、二級抗震等級應分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2。

短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。短肢剪力墻截面厚度不應小于200mm。 7度和8度抗震設計時，短肢剪力墻宜設置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側相交的樓面梁。 高規(guī)7.2.1條文規(guī)定了帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結構的混凝土強度等級不應低于C25。

（5）短肢剪力墻受力分析

短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結構，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。該結構型式的主要特點有：

1）結合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；

2）墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調整剛度中心的位置；

3）能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡單；

4）連接各墻的梁，隨墻肢位置而設于間隔墻豎平面內，可隱蔽；

5）根據(jù)建筑平面的抗側剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側力構件，較易滿足剛度和強度要求。

總之，對短肢剪力墻結構的設計計算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結構分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，廣東省建筑設計院的廣廈CAD的SS模塊，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清華大學的TUS，廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況，精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應用較廣，但對墻肢較長的短肢剪力墻，應該用空間桿-墻組元程序進行校核。

【參考文獻】

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[2]包世華，方鄂華.高層建筑結構設計[M].北京：清華大學出版社，2001.