關于高層建筑剪力墻結(jié)構設計的探討

邵振華

摘要：本文作者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對高層建筑剪力墻結(jié)構設計進行了分析探討，供大家參考借鑒。

關鍵詞：高層建筑；剪力墻；結(jié)構設計；探討

由于短肢剪力墻結(jié)構的設計在高層住宅當中具有一定的發(fā)展?jié)摿?，因此，在對其設計的過程當中必須要根據(jù)它的受力特點，全面充分的了解對其損害的不同機理，從而選擇合理的結(jié)構。同時讓我們注意到的是，在對短肢剪力墻結(jié)構的設計時，必須要同一般的剪力墻有所區(qū)別，應結(jié)合高層住宅的主要特點，把結(jié)構應用得剛?cè)崆‘?，同時也要具有良好的抗震措施，從而才能達到結(jié)構設計主要目的。

多年來剪力墻結(jié)構在住宅、公寓和旅館應用非常廣泛，其優(yōu)點是剛度大，整體性好，在水平力作用下位移小，這種結(jié)構的豎向承重構件主要由鋼筋混凝土墻體來承擔，這種墻體有較強的抵抗風和地震作用傳來的水平力（剪力）的能力，因而有更好的抗側(cè)力能力，可建造層數(shù)較多的建筑。隨著市場競爭的日益激烈，原材料的上漲，經(jīng)濟性的要求也在不斷的加強，其剪力墻的缺點也暴露出來：（一）由于剪力墻結(jié)構抗側(cè)力剛度較大，使得其結(jié)構自振周期變小，引起較大地震反應；從而上部結(jié)構配筋相應增加，這增加了造價；（二）由于鋼筋混凝土墻體較多，使得建筑物自重增加，增加了基礎的費用。上部墻體均為雙層雙向配筋，增加了鋼筋用量；（三）墻體間距的限制，空間靈活性較差；（四）由于墻肢較長，墻肢軸壓力很小，無法充分發(fā)揮墻肢的承載能力；（五）剪力墻墻體多為構造配筋，使得鋼筋材料利用率很低。

1 結(jié)構設計分析

由于應用普通的剪力墻結(jié)構限定建筑的空間以及分隔，所以也滿足不了人們對空間設計的具體要求，對此，在經(jīng)過不斷的改良與實踐提高，通過應用剪力墻作為基礎，同時也吸取了框架的一些優(yōu)勢，并且也逐漸的發(fā)展成為可以適應高層住宅的結(jié)構設計，也就是短肢剪力墻結(jié)構。

1.1 剪力墻結(jié)構剛度大，整體性好。在高層住宅中，開間均較小，分隔墻較多，采用現(xiàn)澆剪力墻。可將承重墻減少，比較經(jīng)濟。另外，剪力墻外觀整齊，沒有露梁、露柱現(xiàn)象，便于室內(nèi)布置，因此在高層住宅中常采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構。

1.2 剪力墻結(jié)構設計中應注意的問題，剪力墻結(jié)構的抗側(cè)剛度大，結(jié)構周期小，地震響應大：剪力墻結(jié)構墻體越多，建筑物的重量越大，地震反應也大，會造成浪費：另外，剪力墻結(jié)構墻體多為構造配筋，如果配筋率太低，則結(jié)構延性差。

1.3 結(jié)構位移的控制最大層間位移角（應≤l/1000）、最大水平位移與層平均位移的比值（不宜大于1.2，不應大于1.5）及最大層間位移與平均層間位移的比值（不宜大于1.2，不應大于1.5）。結(jié)構在風荷載和地震作用下的位移均能很好地滿足規(guī)范限值。

1.4 剪重比是反映結(jié)構承受地震作用大小的指標之一，地震力計算不能偏大，但也不能太小。

2 設置角窗對高層剪力墻結(jié)構整體效應的影響

高層剪力墻角部是結(jié)構的關鍵部位，一般應設L形剪力墻，而在角部設置角窗會對結(jié)構整體效應變化造成較大的影響。此外，通過分析轉(zhuǎn)角窗處的桿件內(nèi)力特點，我們發(fā)現(xiàn)外墻內(nèi)力明顯增大，相鄰各構件扭轉(zhuǎn)效應明顯，特別是洞口處的連梁所受扭矩較大，設計時應加強轉(zhuǎn)角處外墻等構件的剛度和配筋。轉(zhuǎn)角開洞對高層結(jié)構轉(zhuǎn)角處樓板的影響也較大，其原因主要是樓板角部無豎向構件（如柱或墻肢）的可靠約束，僅有角窗長過梁作為水平向約束，而該約束又是懸臂構件，對樓板約束較弱。當樓板因形心與剛心偏離產(chǎn)生扭矩時，角部樓板會因扭轉(zhuǎn)應力集中而產(chǎn)生較大變形，致樓板開裂，嚴重時甚至影響使用功能。加上角窗位于房屋端部，在夏季炎熱的南方地區(qū)，或在冬季室內(nèi)外溫差較大的北方地區(qū)，結(jié)構本身較易產(chǎn)生裂縫，故必須選用合理的計算模型，并采取特殊措施加強轉(zhuǎn)角窗處的結(jié)構設計和構造措施。

結(jié)構角部構件計算及構造措施計算分析目前高層結(jié)構的計算分析一般采用中國建建筑科學研究院的SATWE，PMSAP軟件；但對不落地窗結(jié)構，如按普通剪力墻做法，即先在平面周邊布墻再在拐角處開洞，將過梁看作連梁，則表面上似乎嚴格按實際情況輸入程序計算，但由于程序本身的缺陷，使拐角處自動產(chǎn)生1個小于150mm的短肢剪力墻，且必須觀察立面模型才可能發(fā)現(xiàn)，故較易疏忽。該小墻肢作為角窗挑梁自由端的一個支點，與實際情況不符，加上由于該構件過小且超筋，結(jié)構一受力即產(chǎn)生破壞而給整體計算帶來麻煩，這是不可取的。因此，對轉(zhuǎn)角窗上連梁應按普通框架梁考慮，梁高按實際輸入。不落地窗處和落地窗處分別約為1400，500mm，這種計算模型與實際受力情況相吻合。該過梁兩個方向均為懸挑構件，梁截面相同，當兩個方向懸挑長度不同時，應將長跨作為次梁，短跨作為主梁，形成主次關系，兩個方向懸挑長度相差不大時，長跨仍有可能懸臂受力，在端部也可認為互為鉸接關系。角窗上連梁參與空間協(xié)同計算，對其結(jié)果應進行復核。對該處連梁上筋應按懸挑粱進行配筋，同時由于該處連梁互為支座，梁部應配置一定數(shù)量的底筋。因該處連梁在整體作用時內(nèi)力可能存在調(diào)幅，使梁彎矩按塑性調(diào)幅連續(xù)梁邊跨跨中彎矩，增加懸臂梁底筋對結(jié)構剛度有利。

3 設計中需注意的幾個問題

3.1 在運用軟件進行計算機輔助設計時，應根據(jù)實際情況調(diào)整軟件的各項參數(shù)及簡化模型，使其最大限度地反映實際工程的情況，盡可能地使其計算結(jié)果與實際模型相一致。了解各參數(shù)的實際意義，合理設置各參數(shù)。對于整體性系數(shù)較大的短肢墻，應盡可能使其整體性系數(shù)小，這樣的結(jié)構在水平反復荷載作用下耗能能力強。

3.2 工程設計不能迷信計算機的計算結(jié)果，更不能因某一部分的計算結(jié)果有誤差就全盤否定計算軟件，只有在實踐中逐步了解軟件并在工作中避免其產(chǎn)生誤差，這樣才能使我們的設計更安全，更合理。

3.3 要充分利用梁、墻等構件可任意偏心布置的特點，盡可能避免近距離的軸線和節(jié)點，提高計算精度。如節(jié)點距離過近，可能會引起后面計算出錯，同時應注意構件偏心布置時偏心不能太大，尤其不能跨節(jié)點或軸線。

3.4 SATWE程序中，在各種抗震等級下，墻的內(nèi)力放大系數(shù)均是隱含值，但作為設計者，應清楚這些系數(shù)的取值。

3.5 合理確定連梁和墻肢的強度，要確保連梁的屈服先于墻肢的屈服。和框架結(jié)構一樣，短肢剪力墻的設計也要遵循強墻肢弱連梁、強剪弱彎的原則。

3.6 對由軟件計算的結(jié)構進行合理分析與判斷。

3.7 在進行短肢剪墻結(jié)構整體設計時，必須要重視概念設計，使房屋各項指標都滿足“抗震規(guī)范”及“高層建筑混凝土結(jié)構技術規(guī)程”的要求。

4 結(jié)構細部的構造措施

由于地震荷載的隨機運動存在不確定性，因此在抗震設計中采用概念設計，即有意識、有目的地控制薄弱層（部位）使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構總體抗震性能的有效手段。高層建筑短肢剪力墻結(jié)構振動臺試驗研究中，振動臺模擬地震試驗結(jié)果表明：建筑平面外邊緣及角點處的墻肢，底部外圍的小墻肢，連梁等是短肢剪力墻結(jié)構的抗震薄弱環(huán)節(jié)。在地震力作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構將以整體彎曲變形為主，底部外用的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載破壞嚴重，當有扭轉(zhuǎn)效應時，會加劇已有的翹曲變形，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴重。

5 施工中應注意的問題

5.1 由于混凝土墻肢與輕質(zhì)隔墻材質(zhì)不同，在住宅室內(nèi)裝修以及使用階段易產(chǎn)生裂紋，應采用相應的建筑處理措施；

5.2 由于墻體模板不貫通，可能產(chǎn)生混凝土澆注過程中的位移，應注意模板驗算以及支撐驗算。

5.3 電路管線在混凝土墻肢與填充墻之間預留位置易產(chǎn)生偏移，應重點核查。

參考文獻：

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