高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

夏杰雄

（高明區(qū)建設(shè)施工圖審查站，廣東 佛山 528500）

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們生活質(zhì)量的提高，越來越多農(nóng)村人口向城市聚集，使得城市人口越來越擁擠，這勢必會(huì)帶來住房緊張等各類問題，然而想要緩解城市人口以及住房壓力等問題就只能不斷擴(kuò)大城市建設(shè)的同時(shí)新建高層建筑，從而擴(kuò)大城市人口容納量，加快城市化進(jìn)程。在高層建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)槠洫?dú)有的抗震性能好、抗側(cè)剛度大、側(cè)移較小的優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于其中，特別是高層剪力墻住宅。然而剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中仍沒有一個(gè)明確的規(guī)定用以判斷剪力墻截面尺寸大小及其形狀、位置布置等合理與否情況，一般情況下都是根據(jù)結(jié)構(gòu)工程師經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)、判斷的。這就使得一些不合理設(shè)計(jì)問題容易出現(xiàn)，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)安全性不足或造價(jià)增加等。本文主要以佛山裕富花苑住宅小區(qū)工程項(xiàng)目中的C座住宅樓為例，并在此基礎(chǔ)上探討其剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中存在的問題。

1 工程概況

以建筑總高度為52.5米的佛山市裕富花苑住宅小區(qū)工程項(xiàng)目中的C座住宅樓為例，此住宅樓共有層數(shù)為17層，且地下室為1層。此建筑長度為28米，寬21米，地下室人防等級(jí)為6級(jí)，采用現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程抗震設(shè)防為6度，基本地震加速度設(shè)計(jì)為0.05g，抗震設(shè)防類別設(shè)計(jì)為丙類，設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑整體安全級(jí)別為二級(jí)。C座住宅樓標(biāo)準(zhǔn)層平面圖如圖1所示。

圖1 C座住宅樓標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：首先是，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)水平荷載而進(jìn)行的，水平荷載成為了決定性的因素。原因是剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)樨Q向荷載力（包括重力等）引起的彎矩與軸力大小只是與建筑高度的一次方成正比例的關(guān)系，而水平荷載引起的傾覆力矩以及在豎構(gòu)件中出現(xiàn)的軸力大小是與建筑高度的兩次方成正比例關(guān)系；且對一般建筑而言，豎向荷載（包括自重等）的值基本上都是固定不變，而水平荷載主要有風(fēng)荷載與地震作用等，其數(shù)值是可改變的，且隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的改變而改變；其次是，在自重等豎向荷載作用下軸向變形比較大。高層建筑豎向荷載比較大，容易使柱出現(xiàn)較大的軸向變形，從而影響到主梁的彎矩。此外，還會(huì)對構(gòu)件的位移以及剪力造成一定程度的影響，最終影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性；第三，側(cè)移的控制是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。建筑結(jié)構(gòu)的位移與建筑高度呈正比關(guān)系，高度越高位移就越大，從而影響到工程建筑的安全性，這就要求，在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意將在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)位移量控制在規(guī)定限度以內(nèi)；第四，結(jié)構(gòu)延性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行的關(guān)鍵指標(biāo)。在地震作用下，高層建筑與較低樓房建筑相比，出現(xiàn)的變形量會(huì)更大一些。為確保高層建筑結(jié)構(gòu)在通過塑性變形階段后仍然具備較大的變形能力，以防倒塌現(xiàn)象發(fā)生，因此，應(yīng)采取有效的處理辦法，使高層建筑結(jié)構(gòu)具備充足的延性。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，除了承受樓板傳來的豎向荷載外，還承受風(fēng)荷載和水平地震作用。剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，在水平力作用下的側(cè)移較小，承載力較大，且整體性較好。通過合理設(shè)計(jì)，能設(shè)計(jì)成抗震性能很好的延性剪力墻。由于剪力墻承載力大，側(cè)向變形小，且有一定延性，在多次大地震中，剪力墻結(jié)構(gòu)破壞很小，表現(xiàn)出很好的抗震性能。但剪力墻的間距一般較小，平面布置不夠靈活，建筑空間受到一定限制，因此一些需要大空間的建筑使用剪力墻結(jié)構(gòu)就受到一定的限制。對于上部為住宅，下面幾層為商場的高層建筑，對影響建筑使用空間的剪力墻，可以采用框支梁、框支柱來轉(zhuǎn)換，擴(kuò)大使用空間。

3 簡述剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 剪力墻結(jié)構(gòu)的合理布設(shè)

在對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布設(shè)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：（1）剪力墻應(yīng)沿主軸方向雙向均勻布置，宜使兩個(gè)方向抗側(cè)剛度接近，不宜采取單向的方式進(jìn)行布設(shè)。盡量使得剛度中心與質(zhì)量中心靠近，減小地震造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)；（2）在對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行布設(shè)時(shí)，墻肢使用不宜選擇“一”字形的，帶翼緣的T型或L型等最為適宜。以上C座住宅樓在剪力墻結(jié)構(gòu)布置中墻肢就主要以T型和L型的為主，“一”字形墻肢的采用則比較少；（3）為減輕結(jié)構(gòu)自重，加大建筑可用空間，剪力墻不宜布置太密使結(jié)構(gòu)有合適的剛度，以滿足規(guī)范的側(cè)移限制為好；（4）剪力墻豎向剛度要求勻稱，由下到上連續(xù)布置，可沿高度改變剪力墻厚度和混凝土強(qiáng)度等級(jí)；（5）剪力墻上要布置洞口，應(yīng)盡量布置成成排成列，能夠形成很明確的墻肢和連梁，使得應(yīng)力分布比較規(guī)則，又與計(jì)算簡圖較為吻合，設(shè)計(jì)結(jié)果比較可靠。本次案例C座住宅樓剪力墻布置圖如圖2所示。

圖2 C座住宅樓剪力墻布置圖

3.2 剪力墻長度和厚度的選擇

剪力墻越細(xì)長（寬高比不小于2），延性越好，從而對脆性的剪切破壞能夠起到預(yù)防的作用，而為了確保剪力墻結(jié)構(gòu)有充足的延性，剪力墻墻肢設(shè)計(jì)的長度通常情況下為8米以內(nèi)。如本次C座住宅樓建筑工程設(shè)計(jì)中，剪力墻墻肢長度大部分設(shè)計(jì)在1.6米至2米以內(nèi)，最大的為3.8米。如果剪力墻墻肢長度為8米以上或更大時(shí)，長墻可通過開設(shè)洞口的方式分為長度均勻且較短的聯(lián)肢墻，而洞口連梁應(yīng)采用弱連梁。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》為確保剪力墻的穩(wěn)定性和剛性，在第7.2.2條提出了剪力墻的最小厚度，且規(guī)定在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，其選擇的抗震等級(jí)應(yīng)比第7.2.2條規(guī)定的要高出一級(jí)。本次工程中，填充墻厚度設(shè)計(jì)為200毫米，那么剪力墻厚度也應(yīng)相應(yīng)的設(shè)計(jì)為200毫米，如此一來，有利于剪力墻平面外獲取較充足的剛度，預(yù)防偏心荷載作用下剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彎曲、不穩(wěn)的情況。

3.3 連梁在剪力墻結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)

所謂連梁，指的是在剪力墻結(jié)構(gòu)中，在墻肢與墻肢之間的梁。在地震和風(fēng)荷載作用下，連梁對墻肢發(fā)生彎曲變形破壞時(shí)的形態(tài)影響很大。在對剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對連梁的設(shè)計(jì)引起重視，合理設(shè)計(jì)使剪力墻受破壞的幾率得到有效控制或降低。在對連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)墻弱梁的原則而進(jìn)行，使剪切墻結(jié)構(gòu)延性得到提高。

3.4 底部加強(qiáng)區(qū)約束邊緣構(gòu)件設(shè)置

通過《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》以及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，應(yīng)將約束邊緣構(gòu)件布設(shè)于一、二級(jí)抗震剪力墻鄰近的上層墻肢的端部及其底部加強(qiáng)區(qū)位置，且三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)、非抗震設(shè)計(jì)的剪力墻墻肢端部和一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)剪力墻的其余位置也應(yīng)布設(shè)約束邊緣構(gòu)件?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》還規(guī)定，在重力荷載代表值作用下墻肢底截面的軸壓比如果與一定值相比比較小時(shí)，也應(yīng)布設(shè)構(gòu)造邊緣構(gòu)件。構(gòu)造邊緣構(gòu)件布設(shè)的主要作用為，條件合適時(shí)，它可以有助于剪力墻耗能能力及其延性的增強(qiáng)，如本次C座住宅樓將地下室一直至地上三層設(shè)計(jì)為加強(qiáng)區(qū)。

3.5 剪力墻的配筋設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)中，水平筋與豎向筋的間距一般在150毫米至300毫米之間，通常情況下選200毫米，且水平筋于剪力墻外側(cè)設(shè)置，豎向筋則于剪力墻的內(nèi)側(cè)設(shè)置。如果有負(fù)責(zé)將主筋和箍筋拉住的拉筋時(shí)，拉筋材料應(yīng)選擇Φ8或者是Φ6的鋼筋，間距不宜大于600毫米。豎向鋼筋的搭接率的確定應(yīng)依照剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震級(jí)別來進(jìn)行。剪力墻結(jié)構(gòu)中，暗柱與短柱中的水平筋直至端部為止應(yīng)保持接連不斷，于端部彎折，且彎折的長度應(yīng)設(shè)計(jì)為10d。對于豎向筋，不應(yīng)在暗柱中布設(shè)，但是其總配筋應(yīng)符合構(gòu)造需求。

結(jié)語

本文主要在筆者多年建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，簡要概述了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及高層建筑結(jié)構(gòu)本身的特性，對高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢進(jìn)行了闡明，并總結(jié)概括了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常見的問題和注意事項(xiàng)。從剪力墻長度以及厚度選擇、剪力墻結(jié)構(gòu)合理布設(shè)等角度出發(fā)，并在此基礎(chǔ)上提出了一些在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中所遇見的問題和解決方法。同時(shí)結(jié)合佛山市裕富花苑住宅小區(qū)工程項(xiàng)目中的C座住宅樓的實(shí)例，指出了剪切墻在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)以及具體應(yīng)用的相關(guān)解決措施，意在為相關(guān)建筑工程設(shè)計(jì)人員提供參考，用以加強(qiáng)建筑工程的安全性以及經(jīng)濟(jì)性。

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