關(guān)于高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

陳武

【摘 要】文章結(jié)合工程實(shí)例，主要從某高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)與分析，主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算、結(jié)果分析及構(gòu)件設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了論述，以供建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】住宅樓 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)計(jì)算 抗震設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑的建設(shè)數(shù)量不斷增多，建筑結(jié)構(gòu)體系也變得越來越復(fù)雜，從中給設(shè)計(jì)人員帶來了一些難度，因此需要不斷地更新設(shè)計(jì)理念。近年來，高層混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，因此，如何做好高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作具有重要的意義。本文結(jié)合工程實(shí)例，主要就高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了論述。

1 工程概述

本工程為高層住宅樓，一共28層，地下2層，高85.50米，塔樓均采用剪力墻結(jié)構(gòu)，首層大堂根據(jù)建筑需要局部轉(zhuǎn)換；工程場(chǎng)地的設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g；設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別Ⅲ類，場(chǎng)地特征周期值0.45s，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖見圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置

2.1抗震等級(jí)的確定

本工程轉(zhuǎn)換層以下為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu)，而應(yīng)按照現(xiàn)行規(guī)范的要求，有針對(duì)性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)。該工程屬“框支剪力墻”結(jié)構(gòu)，地上高度85.50m，轉(zhuǎn)換層設(shè)在三層樓面（屬高位轉(zhuǎn)換），7度抗震設(shè)防，其框支框架抗震等級(jí)為一級(jí)，加強(qiáng)部位剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)，非底部加強(qiáng)部位剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)。

2.2結(jié)構(gòu)豎向布置

高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小，且應(yīng)避免剛度突變，然而帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)顯然有悖于此，因此《高規(guī)》對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度作了專門規(guī)定。對(duì)該工程而言，屬于高位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1，不應(yīng)大于1.3。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)把握的原則歸納起來就是要強(qiáng)化下部，弱化上部，盡量避免出現(xiàn)薄弱層?？刹捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N：

（1）與建筑專業(yè)協(xié)商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時(shí)甚至可以在底部增設(shè)部分剪力墻（不伸上去）。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外，還通過與建筑專業(yè)協(xié)商，讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地，并且北部還有一大片L型剪力墻也落地。這些措施大大增強(qiáng)了底部剛度。

（2）加大底部剪力墻厚度，減小上部剪力墻厚度，轉(zhuǎn)換層以下剪力墻厚度取為300～500mm，上部厚度取為200mm。

（3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太多。

（4）提高底部柱、墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)，采用C55混凝土。

2.3結(jié)構(gòu)平面布局

工程轉(zhuǎn)換層下部為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，體形復(fù)雜，不規(guī)則；轉(zhuǎn)換層上部為純剪力墻結(jié)構(gòu)，由于建筑布置的不對(duì)稱，剪力墻的布置經(jīng)過多次試算，最后結(jié)果是質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過1m，結(jié)構(gòu)偏心率較小。除核心筒外，其余部位剪力墻布置分散、均勻，且盡量沿周邊布置，以增強(qiáng)整體抗扭效果。查閱計(jì)算結(jié)果，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比為0.81，各樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與樓層平均值的比值不大于1.4，均滿足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求?？梢姽こ唐矫娌季忠?guī)則合理，抗扭效果良好。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算與結(jié)果分析

本工程采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件》SATWE進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算時(shí)柱腳從負(fù)一層起計(jì)計(jì)算結(jié)構(gòu)層數(shù)。計(jì)算時(shí)地下室頂板作為嵌固端。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 2棟1座樓住宅（28層）前六個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算周期

振型號(hào) 周期 平動(dòng)系數(shù) 扭轉(zhuǎn)系數(shù)

1 2.0417 0.97 0.03

2 1.9651 0.99 0.01

3 1.6544 0.04 0.96

4 0.6295 0.98 0.02

5 0.5049 0.99 0.01

6 0.4411 0.02 0.98

X方向的地震作用最小剪力系數(shù)為1.77%，Y方向的地震作用最小剪力系數(shù)為1.91%。最大層間位移見2表：

表2 2棟1座樓住宅（28層）最大層間位移

荷載或作用 作用方向 層間位移 層間位移限值

地震作用 X 1/1614 1/1000

地震作用 Y 1/1254 1/1000

風(fēng)載 X 1/1492 1/800

風(fēng)載 Y 1/864 1/800

轉(zhuǎn)換層位于三層，轉(zhuǎn)換層上下剛度比為：

X方向：0.9839 Y方向：1.1982

結(jié)論：2棟1座樓周期、位移均正常，符合規(guī)范要求。

4 構(gòu)件設(shè)計(jì)

4.1框支柱

框支柱截面尺寸主要由軸壓比控制并滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性，對(duì)其軸壓比應(yīng)嚴(yán)格控制。該工程框支柱抗震等級(jí)為一級(jí)，軸壓比不得大于0.6，對(duì)于部分因截面尺寸較大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性還與配箍率有密切關(guān)系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ12@100，全長(zhǎng)加密，且配箍率不得小于1.5%。在工程中，個(gè)別框支柱還兼作剪力墻端柱，所以還應(yīng)滿足約束邊緣構(gòu)件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率（C55混凝土）即為1.82%?？蛑е鶠榉浅Ｖ匾臉?gòu)件，為增大安全性，對(duì)柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應(yīng)的增大系數(shù)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的30%。因?yàn)槌绦蛴?jì)算時(shí)，一般假定樓板剛度無限大，水平剪力按豎向構(gòu)件的剛度分配，底部剪力墻剛度遠(yuǎn)大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考慮到實(shí)際工程中樓板的變形以及剪力墻出現(xiàn)裂縫后剛度的下降，框支柱剪力會(huì)增加，因而對(duì)框支柱的剪力增大作了單獨(dú)規(guī)定。

4.2框支梁

框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度不小于其墻上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于計(jì)算跨度的1/6。工程框支梁寬度為500～1000mm?？蛑Я菏芰薮笄沂芰η闆r復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個(gè)復(fù)雜而重要的受力構(gòu)件，因而在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有較多的安全儲(chǔ)備。一級(jí)抗震等級(jí)的框支梁縱筋配筋率不得小于0.5%?？蛑Я阂话銥槠氖芾瓨?gòu)件，梁中有軸力存在，因此應(yīng)配置足夠數(shù)量的腰筋，腰筋采用φ18，沿梁高間距不大于200mm。框支梁受剪力很大，而且對(duì)于這樣的抗震重要部位，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)剪弱彎”原則，在縱筋已有一定富余的情況下，箍筋更應(yīng)加強(qiáng)，譬如某根700寬框支梁箍筋采用φ16@100六肢箍全長(zhǎng)加密，配箍率達(dá)到1.18%。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文通過工程實(shí)例針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不僅要滿足建筑的使用功能的要求，而且要使結(jié)構(gòu)體系更加合理。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)的選型和布置時(shí)，需要充分考慮到建筑功能、結(jié)構(gòu)受力、設(shè)備使用、經(jīng)濟(jì)合理等方面的問題，以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)合理化目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]覃文勝.高層建筑梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2010.