某超高層剪力墻住宅結構抗震設計要點分析

侯貫澤

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，城市化進程的不斷加快，城市高層建筑數量在逐年遞增。人們對建筑工程的施工質量要求也越來越高。剪力墻結構作為一種比較先進、科學的施工工藝，目前被廣泛應用到高層建筑中。該技術不僅能夠有效促進建筑工程的順利開展，提高工程的整體施工質量，而且對建筑工程資源及施工材料起到很好的優化配置，經濟效率高。不過同時也不能忽視高層建筑剪力墻結構設計中存在的某些問題。本文結合某一城市高層建筑項目，針對該工程中就高層剪力墻結構設計中存在的一些常見問題提出相關的解決措施，希望對以后類似工程有借鑒作用。

關鍵詞：剪力墻;結構設計;抗震設計

隨著城市人口數量的劇增，土地問題愈發緊張，而高層建筑能夠很好解決這一問題，再加上人們生活質量水平的提高，對住宅，尤其是高層住宅平面與空間要求越來越高，傳統的普通框架結構已經遠遠不能滿足人們對住宅空間要求，由此產生了“短肢剪力墻結構”和“異性柱框架結構”型式，這兩種結構型式不僅具有剪力墻的優勢，同時也吸收了框架結構的優點，能夠很好滿足現代人們對高層住宅的需求。

1 工程概括

本工程為某一城市國際商貿城市中心區，是該城市今年的重點開發項目，本次建筑結構設計內容為其中的兩棟均為50層的超高層住宅建筑。在本次建筑工程中，其結構形式為鋼筋混凝土剪力墻結構;建筑結構的類別為丙類;設計使用年限為50年;抗震設防烈度為7度。

2 剪力墻布置

剪力墻布置的前提必須要符合國家頒布的有關規定要求，本次工程主要是針對剪力墻布置中的有關于短肢剪力墻和梁、墻布置。

（1）豎向剛度均勻。在高層建筑中，建筑結構的抗側剛度起到很重要的作用，其直接受到剪力墻布置的影響。譬如剪力墻沿高度的不連續都會讓結構沿高度剛度發生突變，這就要求剪力墻自上到下進行連續布置。在允許的范圍內，沿高度來改變墻厚和混凝土等級，也可以通過減少部分墻肢的方式來讓結構抗側剛度沿高度逐漸減小。

（2）雙向布置剪力墻及抗側剛度。在高層建筑中，要求其具備良好的空間工作性能，因此工作人員需要雙向布置剪力墻結構，而在設計抗震結構時，是不允許出現單向布置剪力墻，應該盡量讓兩個方向的抗側剛度一致。另外為了最大程度的利用到剪力墻良好的抗側剛度以及承載力，從而來減輕結構的重量及擴大剪力墻結構的可利用空間，工作人員在布置剪力墻結構時，不宜過密，要讓它有個合適的側向剛度。

（3）墻肢高寬比。為了發揮最好的抗震效果，在設計抗震結構的剪力墻結構時，要求其具有很好的延性，這就要求剪力墻結構的高寬不得小于3。如果遇到墻長度比較長的情況下，為了讓每個墻段高度比都能夠不小于3的要求，工作人員可以通過采取開設洞口的方式，把長墻分成長度較小、較均勻的獨立墻段。

（4）剪力墻洞口的布置。剪力墻的力學性能很大程度上直接受到剪力墻洞口布置的影響，所以需嚴格按照規定要求進行布置。①要按照規則、順序來布置剪力墻洞口，讓墻肢、連梁分布有序，這樣能夠很好保證抗震效果，防止出現墻肢剛度大程度不一致情況;②在布置剪力墻洞口時，有時會碰到錯洞剪力墻和疊合錯洞墻這兩種不規則開洞的薄弱剪力墻，尤其是疊合錯洞墻，會大大降低結構的抗震能力。這時常規計算已不適用，只能采用有限元方法來計算其實際內力，然后在洞口周邊采取加強措施或者采用其它輕質材料來填充，以便讓疊合洞口轉化為規則洞口的剪力墻或者框架結構;③無論是規則還是不規則的洞口剪力墻，其內力和位移計算都必須符合相關的規范要求。

（5）剪力墻和加強部位。①在抗震結構中，出現塑性鉸的部位是最適合用來作為加強部位，不宜選用剪力墻頂層或者樓電梯等其它部位;②出現塑性鉸的剪力墻，必須要求其具有很好的延性，工作人員需要在允許的范圍之內采取加強構造措施，以便更好的加強其抗剪切破壞能力;③為了更好的發揮抗震效果，在設計過程中需要適當擴大剪力墻的加強部分。

3 短肢剪力墻抗震設計要求

截面厚度不超過30cm，以及墻肢截面高度和厚度之比在4與8之間的剪力墻（普通剪力墻比則〉8）統稱為短肢剪力墻;若截面高度和厚度比低于4時，這時就需按照框架柱計算。

3.1 應用范圍

①在高層建筑結構中，不能一味的都采用短肢剪力墻結構。在抗震設計時如果短肢剪力墻比較多時，就需要布置筒體或者一般剪力墻來形成一起對抗水平力的剪力墻結構;②相比規范中的剪力墻結構規定值，短肢剪力墻的剪力墻結構的最大適用高度要稍微低點，7度抗震設計不得超過100米，而8度則不得超過60米;③B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度高層建筑不同于其它級別的建筑，無論有無設置筒體，都不適宜采用太多的短肢剪力墻的剪力墻結構;④不包括剪力墻結構中的個別小墻肢。

3.2 加強措施

為了提高短肢剪力墻的抗震效果，在進行抗震設計中需要采取以下幾點措施。

①針對短肢剪力墻截面厚度的不一致性，不同地方厚度底部加強部分也是不同的，截面最小厚度的底部，其加強部分不得低于20cm，其它地方則不得低于18cm;針對那些無抗震設計要求的建筑，需要適當降低建筑的最大適用高度以及對墻肢厚度進行適當限制;②短肢剪力墻截面不同位置的的縱向鋼筋，其配筋率是不同的。例如底部加強部分，若采用一二級鋼筋，其配筋率不得低于1.2%，三四級鋼筋的配筋率則不得低于10%;其它部分要求會相對低點，若一二級鋼筋，其配筋率不得低于1.0%，三四級鋼筋的配筋率則不得低于0.8%;③為了防止出現短肢剪力墻過早剪壞，工作人員需對剪力墻底部加強部分與其它部分分別進行適當調整，一、二等級應分別乘以增大系數1.4和1.2;④抗震設計時需要考慮到剪力墻的延性，抗震等級不同，各層短肢剪力在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比也是不同的，抗震等級為一、二、三時，其軸壓比分別不得超過0.5、0.6、0.7;至于無翼緣或者端柱的一字形短肢剪力墻，它們的延性相對更弱，所以工作人員要把其軸壓比限值降低0.1;⑤為了從構造上讓短肢剪力墻的延性得到更好的提高，工作人員在抗震設計中，遇到短肢剪力墻比較多情況時，可以把抗震等級提高一級來采用;⑥剪力墻的數量過多會影響到建筑空間的使用，因此需要適當的進行限制。工作人員在進行抗震設計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不得低于結構總底部地震傾覆力矩的一半。

4 結語

隨著建筑空間要求越來越高，對結構形式提出相對應要求，短肢剪力墻結構型式在高層建筑中逐漸得到廣泛應用。為了能充分發揮短肢剪力墻性能，對其不同布置原則進行研究。結合工程案例，總結出一些實踐經驗如下：（1）對短肢剪力墻布置采取應當保證豎向剛度均勻;（2）為了發揮最好的抗震效果，考慮剪力墻結構具有較好延性，剪力墻結構的高寬不得小于3。（3）剪力墻出現塑性鉸部位不宜選用剪力墻頂層或者樓電梯等部位。同時為了提高短肢剪力墻的抗震效果，建議對底部加強部位的剪力墻配筋適宜加大，宜不采用無翼緣或者端柱的一字形短肢剪力墻，以提高短肢剪力墻延性。

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