高層剪力墻結構設計要點研究綜述

于方洲　胡霖嵩

摘? 要：城市發展迅速，土地稀缺;30層左右、高度接近百米的剪力墻結構住宅是普遍采用的一種型式。該文的目的在于通過實際的結構模型計算及理論分析，總結高層剪力墻結構在設防烈度及地震分組調整后的設計及優化的控制要點與方法，提高高層剪力墻結構的設計水平及成本控制能力。該文主要研究80～100m剪力墻結構住宅的控制要點及注意問題。

關鍵詞：建筑結構? 剪力墻結構? 經濟性? 結構設計? 鋼筋混凝土

中圖分類號：TU973.16 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（c）-0040-03

1? 研究背景及目的

國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306-2015）于2016年6月1日開始執行，《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）局部修訂版也于2016年8月1日開始實施。天津市的抗震設防烈度根據以上規范有很大調整，調整前分別見表1、表2。

該文的目的在于通過實際的結構模型計算及理論分析，總結高層剪力墻結構在設防烈度及地震分組調整后的設計與優化的控制要點和方法，提高高層剪力墻結構的設計水平及成本控制能力。

2? 研究內容

該文主要研究80～100m剪力墻結構住宅的控制要點及注意問題。

3? 設防烈度調整的影響

該次選取3個公司實際的典型戶型進行設防烈度調整前后的模型計算，模型依次為M11（7度0.15g，特征周期0.55）、M12（7度0.15g，特征周期0.65）、M13（8度0.20g，特征周期0.55）、M14（8度0.20g，特征周期0.65）、M21（8度0.20g，特征周期0.55）、M22（8度0.20g，特征周期0.65）共計18個模型，其中M1x為相同模型，M2x為調整結構布置后，滿足規范要求的結構模型。現以其中一個戶型（共計6個結構模型）為例，分析調整前后的地震作用、含鋼量的變化及規律。此戶型地下2層，地上32層，建筑、結構典型平面布置詳見圖1、圖2。

3.1 設防烈度調整前后地震作用的變化

設防烈度調整前后模型主要參數的變化具體見表3。表3中特征周期0.65是根據天津地區四類場地土插值所得，場地不同會有一定調整如濱海新區一般為0.66。

分析如下。

（1）當模型相同，特征周期由0.55變為0.65后，X向地震作用增加12%，Y向增加8%;由于X方向剛度較Y向大，故X向地震作用增加幅度大。

（2）當模型相同：抗晨設防烈度由7.5度變為8.0度后，X、Y向地震作用增加33%。

（3）由于模型相同，上述a、b條結論顯然由抗震規范規定的地震影響系數曲線決定，即抗震規范第5.1.5條。

（4）為了滿足規范要求的位移角限值，調整模型后，M21、M22均滿足規范剛度限值要求。M21地震作用較M11地震作用X方向增加58%、Y方向增加45%，質量增加3.5%;M22地震作用較M12地震作用X方向增加75%、Y方向增加66%，質量增加10%。

由上述可見，當模型調整后增加剪力墻的數量或厚度會導致質量增加、剛度增加，地震作用的增幅在33%以上，尤其特征周期為0.65時。

（5）當特征周期為0.65或大于0.65時，采用消能減震也是一種思路，需具體結合戶型及采用的消能器具體分析，減震方案暫不贅述。

3.2 設防烈度調整前后結構材料用量的變化分析

由第1節所述，天津地區規范調整前設防烈度主要為7度0.15g調整后為8度0.20g，地震設計分組為第二組，場地土類別為三、四類。30層左右（大于80m，小于100m）剪力墻結構的鋼筋、混凝土含量主要取決于剪力墻的數量、邊緣構件配筋、框架梁、連梁、樓板。現分別分析如下。

（1）樓板厚度及配筋由跨度、荷載及邊界條件決定，模型調整基本上不影響樓板的厚度及配筋，故樓板混凝土、配筋量基本不變。

（2）剪力墻及邊緣構件的配筋主要由計算配筋及構造配筋控制，而剪力墻及邊緣構件構造配筋主要由抗震等級確定。

30層左右剪力墻結構調整前的抗震等級為二級，由于設防烈度為7.5度，直為三、四類場地土，故抗震構造措施的抗震等級按一級;設防烈度調整后抗震等級為一級，構造措施的抗震等級為一級;通過以上分析可知，設防烈度調整為8度后，結構構件的構造配筋率不變。剪力墻墻身的分布筋一般均為構造，通過3.1節結構模型計算結果，設防烈度調整后，剪力墻墻身的配筋大部分仍為構造，局部剪力墻的水平分布筋為計算控制，但數量不多。剪力墻邊緣構件的配筋一般也由構造配筋率控制，調整為8度后發現底層的約束邊緣構件變化不大，局部略有增加。

綜上，對于剪力墻及邊緣構件的材料增量主要由增加的剪力墻厚度、數量決定;控制材料用量也就是控制剪力墻的厚度及數量，尤其是應控制邊緣構件的數量及配筋量。

（3）結合3.1節計算模型的配筋量對比及本節上述分析可得出以下結論：當7.5度、三類場地土調整為8度、三類場地土時鋼筋含量增加約10%～15%，大約為5～8kg/m2，即大約50～55kg左右;當7.5度、四類場地土調整為8度、四類場地土時鋼筋含量增加約15%～20%，大約8～15kg/m2，即55～65kg左右。當戶型差別較大時，上述結論需由實際情況確定。

4? 設防烈度調整后高層剪力墻結構控制要點

通過第3節的分析發現，對于高層剪力墻結構除連梁外剪力墻墻身及暗柱的配筋基本上為規范要求的構造配筋或較構造配筋稍微增加，說明承載力不是控制因素，而為了滿足規范規定的位移角限值即結構的剛度是決定剪力墻數量的控制因素。

層間位移角限值為高層剪力墻結構的關鍵指標;將層間位移角作為優化的目標函數，控制因素為高寬比、剪力墻厚度數量、連梁高度等，設計優化的目標是以最少的混凝土及鋼筋含量滿足規范要求的位移角限值要求。高寬比如前所述是衡量結構經濟性的關鍵因素，有文章指出8度區高層剪力墻結構高寬比控制在7度以內可實現較好的經濟性，但需要在實際工程中積累經濟性指標與高寬比的關系的數據加以驗證。能有效提高剛度對于住宅還有外縱墻的窗間墻的面積。實際工程中，外縱墻的連梁可以上返，截面增加使得剛度提高，從而使窗間墻充于發揮作用，間接增加了橫向（短向）的剛度，即所謂的筒體效應，截面大的連梁減小了剪切滯后的效應。此點在設計實踐中也得到了充分的驗證，不足之處在于長向、短向的剛度或周期相差較大，是否真的對抗震不利，還需充分研究。

參考文獻

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