高層建筑剪力墻結構安全度的探討

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摘要：本文主要針對剪力墻結構的安全度展開了探討，通過結合具體的工程實例，對高層住宅剪力墻結構設計的變化作了系統(tǒng)的分析，并對剪力墻結構的安全度作了深入的研究，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：剪力墻結構；安全度；分析

0 前言

隨著現代建筑產業(yè)的發(fā)展，建筑結構安全度的有效控制，將直接關系著工程質量控制、造價管理等諸多環(huán)節(jié)。而剪力墻作為建筑中重要的結構形式之一，做好對其安全度的控制對建筑整體抗震性能的提高有著極大幫助。基于此，本文就剪力墻結構的安全度進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定幫助。

1 高層住宅剪力墻結構設計的變化

1.1 平面布置的變化

20世紀八、九十年代的高層住宅剪力墻結構特點是平面形狀規(guī)則、多為點式住宅、開間較小、墻體布置較多、結構整體剛度較大。2000年前后，隨著人們對居住條件要求的提高，條式住宅越來越多，剪力墻住宅平面布置越來越多樣化，含有短肢剪力墻的高層住宅剪力墻逐漸增多，開間也越來越大，墻體相應減少，而且在剪力墻結構的布置中，短肢剪力墻所占全部剪力墻的比重不斷增加，有時甚至達到50%。

1.2計算模型的變化

鋼筋混凝土高層住宅剪力墻結構是復雜的三維空間結構，形狀變化多，且體系復雜。隨著計算機技術的發(fā)展，剪力墻結構的計算方法也越來越符合工程實際情況，精確度逐步提高，從簡化的平面分析方法，到較為合理的協同工作分析方法，再到更為準確、方便的三維空間分析方法。三維空間分析方法主要有三種模型，第一種是最開始采用的空間桿系模擬柱、梁單元，采用薄壁桿件模擬剪力墻單元，主要應用程序如TBSA，TAT。其優(yōu)點是自由度少，但實際工程中的剪力墻難以滿足薄壁桿理論的基本假定，應用受到局限，主要表現在：1）對于平面過于復雜的墻體要用洞口劃分為若干獨立的墻肢；2）對于帶邊框柱的剪力墻，邊框柱的翼緣不能考慮；3）局部不規(guī)則開洞的剪力墻計算時要按規(guī)則布置考慮，在構造上予以加強。第二種模型是基于薄板理論的結構有限元分析軟件，采用板單元模擬剪力墻，由于沒有考慮剪力墻的平面外剛度及幾何尺寸的影響，對于帶洞口的剪力墻誤差較大。第三種模型是基于殼元理論的三維組合結構有限元分析，殼元具有平面內剛度和平面外剛度，采用殼元模擬剪力墻和樓板，可以較好地反映其實際受力狀態(tài)，分析精度高。目前應用最為廣泛的SATWE計算軟件采用空間桿單元模擬柱、梁及支撐構件，采用殼元凝聚成的墻元模擬剪力墻，能較好地模擬工程中帶有矩形洞口的剪力墻的實際受力狀態(tài)，樓板則可根據實際狀況采用剛性樓板或彈性樓板。

1.3規(guī)范關于剪力墻抗震措施的變化

各版規(guī)范關于高層剪力墻結構的最大適用高度變化見表1，表1括號內數值為采用較多短肢剪力墻的剪力墻結構的最大適用高度；抗震等級對應的高度變化見表2?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》（GB50011-2001）（簡稱2001規(guī)范）、《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011—2010）（簡稱2010規(guī)范）將高層建筑結構的最大適用高度分為A級和B級。

《建筑抗震設計規(guī)范》（GBJ11—89）（簡稱89規(guī)范）剪力墻的底部加強區(qū)為墻肢總高度的1/8，關于剪力墻的厚度規(guī)定：按一級抗震等級設計時不應小于樓層高度的1/20，且不應小于160mm，按二、三、四級抗震等級和非抗震設計時不應小于樓層高度的1/25，且不應小于140mm。

2001規(guī)范規(guī)定剪力墻的底部加強部位的髙度可取墻肢總高度的1/8和底部2層二者的較大值，關于剪力墻的厚度規(guī)定：按一、二級抗震等級設計時，底部加強部位不應小于樓層層高或剪力墻無肢長度的1/16，且不應小于200mm，其他部位不應小于樓層高度或剪力墻無肢長度的1/20，且不應小于160mm，按三、四級抗震等級設計時底部加強部位不應小于樓層高度或剪力墻無肢長度的1/20，且不應小于160mm，其他部位不應小于樓層髙度或剪力墻無肢長度的1/25，且不應小于160mm。

2010規(guī)范規(guī)定剪力墻的底部加強部位的髙度可取底部2層和墻體總高度的1/10二者的較大值，關于剪力墻的厚度規(guī)定：按一、二級抗震等級設計時，底部加強部位不應小于200mm，其他部位不應小于160mm，按三、四級抗震等級設計時不應小于160mm，2010規(guī)范對底部加強部位及剪力墻厚度的要求均有所降低，取消了2001規(guī)范“不應小于樓層髙度或剪力墻無肢長度的1/16（1/20）”的規(guī)定。

89規(guī)范尚未采用短肢剪力墻，2001規(guī)范規(guī)定短肢剪力墻構件的抗震等級提髙一級，2010規(guī)范取消了此規(guī)定，規(guī)定水平地震力作用下短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩不宜大于結構底部總地震傾覆力矩的50%，當有短肢剪力墻時房屋的最大適用高度適當降低。2010規(guī)范對短肢剪力墻的抗震等級要求有所降低。

1.4 邊緣構件配筋的變化

《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程》（JGJ3-91）（簡稱JGJ3—91規(guī)程）要求一級、二級、三級剪力墻底部加強區(qū)的配筋率分別為1.5%，1.2%，0.5%；其他部位的配筋率分別為1.2%，1.0%，0.5%。

《髙層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3—2002）（簡稱JGJ3-2002規(guī)程）及《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3—2010）（簡稱JGJ3—2010規(guī)程）提出了約束邊緣構件的概念。JGJ3-2010規(guī)定底部墻肢軸壓比大于規(guī)定值時，在底部加強部位及相鄰的上一層設置約束邊緣構件。要求一級、二級、三級剪力墻約束邊緣構件的配筋率分別為1.2%，1.0%，1.0%。一級、二級、三級構造邊緣構件底部加強部位的配筋率分別為1.0%，0.8%，0.6%；其他部位的配筋率分別為0.8%，0.6%，0.5%。

比較一、二級剪力墻邊緣構件，按2001規(guī)范設計計算比按89規(guī)范設計抗震措施降低很多，2010規(guī)范對剪力墻的抗震措施又有所降低。

2 應用2010規(guī)范進行高層住宅剪力墻結構設計實例

2.1 工程實例1

工程實例1為某髙層住宅剪力墻結構，建筑面積為29000m2，地下2層，地上29層，主體結構總髙度為89.0m，2009年設計，依據2001規(guī)范及JGJ3-2002規(guī)程。該建筑結構安全等級為二級；地基基礎設計等級為甲級；抗震設防類別為標準設防類（丙類）；所在區(qū)域抗震設防烈度為7度第一組，設計基本地震加速度為0.10g，場地類別為II類；剪力墻抗震等級二級。以邊緣構件AZ7為例，截面尺寸、配筋見圖1及表3。

2.2 工程實例2

工程實例2為某髙層住宅剪力墻結構，建筑面積為33000m2，地下2層，地上28層，地面以上主體結構總髙度為82.7m，2011年設計，依據2010規(guī)范及JGJ3-2010規(guī)程。該建筑結構安全等級為二級；地基基礎設計等級為甲級；抗震設防類別為標準設防類（丙類）；所在區(qū)域抗震設防烈度為7度第一組，設計基本地震加速度為0.10g，場地類別為Ⅱ類；剪力墻抗震等級二級，嵌固部位位于地下室頂板，底部加強部位為地下室至地上3層，約束邊緣構件部位為地下室至地上4層。以邊緣構件YBZ24（GBZ24）為例，截面尺寸、配筋見圖2及表4。根據計算，邊緣構件均為構造配筋，按規(guī)范用B12即可，該工程為提高結構安全度，將構造邊緣構件分為上、下兩部分，縱筋直徑有所區(qū)別，縱筋、箍筋配筋量均有所增加。

2.3工程實例1，2剪力墻（邊緣構件）配筋對比分析

工程實例1，2中兩棟住宅結構高度相差不大，抗震設防及場地土情況相同，從表3，4可以看出，工程實例1中AZ7配筋遠大于工程實例2中YBZ24（GBZ24），實例1結構安全度要大于實例2。

3 結束語

綜上所述，剪力墻結構安全度的合理設計和優(yōu)化布置對建設抗震性能提高具有重要的意義。在高層建筑剪力墻結構設計時，除了滿足建筑的使用功能要求之外，還要使結構體系更加合理，應從建筑功能、結構受力、設備使用等多方面入手進行結構的選型和柱網布置，從而滿足建筑結構合理的使用要求。

參考文獻：

[1]黃春明.試論建筑結構設計安全度[J].中國科技信息.2009（16）.

[2]姜學詩.剪力墻結構設計中有關問題的探討[J].建筑結構.2003（12）.