關(guān)于高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點探討

趙謝明

【摘 要】文章結(jié)合筆者的實際工作總結(jié)，主要針對高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中相關(guān)要點進(jìn)行了詳細(xì)地探討與分析，提出了設(shè)計中的注意事項，旨在為了提高住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量及確保結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計；基礎(chǔ)設(shè)計

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，我國高層建筑的建設(shè)數(shù)量不斷增多，建筑結(jié)構(gòu)體系也變得越來越復(fù)雜與多樣，從中給設(shè)計人員帶來了一些難度，需要不斷地更新設(shè)計理念。而伴隨著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)計工作具有重要的意義。本文通過工程實例，主要就高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點進(jìn)行了論述。

1工程概況

本工程為高層商業(yè)住宅樓，總建筑面積約225000平方米，由5棟7層小高層建筑和7棟14層高層建筑組成，高層帶1屋地下室，小高層不帶地下室。采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。建筑抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計使用年限為50年。

2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

在剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要在結(jié)構(gòu)平面上使 x向和 y向抗側(cè)剛度接近，避免過多的剪力墻而造成剛度過大，同時在布置梁系時，應(yīng)確保結(jié)構(gòu)受力明確，傳力路徑簡結(jié)，盡量少用多重搭接傳力梁系。在豎向布置上，要采用均勻的布置方式，以減少樓層薄弱部位的出現(xiàn)，從而確?？箓?cè)力結(jié)構(gòu)體系的均勻性，最后結(jié)合電算實現(xiàn)合理、安全和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)目標(biāo)。在進(jìn)行本住宅樓剪力墻設(shè)計時，由于x向墻肢較短，y向墻肢較長，因此要選用L形、T形的帶翼緣墻肢；通過以上措施，使得結(jié)構(gòu)總體指標(biāo)達(dá)到規(guī)范的要求?？傮w指標(biāo)可以判斷建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。例如，如果結(jié)構(gòu)剛度過大，周期過短，將會增大地震效應(yīng)，造成材料上的浪費；但若剛度過小，結(jié)構(gòu)將會發(fā)生較大的變形，對建筑物的使用造成一定的影響。

一般而言，高層住宅樓合理的剛度主要取 1/1000～1/2500，剛重比控制范圍為10～15。除此之外，要控制結(jié)構(gòu)布置的扭轉(zhuǎn)，需要考慮在地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移要確保小于樓層平均值的 1.2倍。通過本工程計算結(jié)果分析，地震作用下x方向和y方向的樓層最大層間位移分別為 1/1324和1/1594，都比《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010（簡稱為“高規(guī)”）中規(guī)定的1/1000值??；而x方向和y方向的位移比為1.12和1.15，均小于規(guī)范中的1.2，因此，都可以滿足《高規(guī)》的要求。

3 地基基礎(chǔ)設(shè)計

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了滿足基礎(chǔ)埋置深度不宜小于500mm的要求，需要設(shè)置地下室。地下室多是采用筏板基礎(chǔ)。因此，筏板厚度及邊緣挑出長度的合理選擇對結(jié)構(gòu)安全和工程造價影響較大。本項目高層住宅地上部分為14層，地下室1層，按照勘察報告分析，筏板厚度取800mm，地下室采用單層框架結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)厚度經(jīng)過計算后為500mm，所以為了避免筏板受到柱的沖切，需要加厚柱下局部范圍。這種處理方法具有明顯的經(jīng)濟(jì)性。為此，在進(jìn)行基礎(chǔ)選型時，通過方案對比，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對小高層筏板厚度的取值，需要按照樓層數(shù)進(jìn)行計算，即每層增加50mm厚。如高層住宅14層可以取值600mm厚試算，試算以后可以按照筏板配筋情況進(jìn)行加大或減小。

在設(shè)置筏板長度時，考慮到地下室的方便使用，為了防止由于底板超長而引起的收縮裂縫，一般會設(shè)置后澆帶。本住宅樓使用添加劑補(bǔ)償混凝土由于水化熱引起收縮與膨脹，在一定范圍內(nèi)不能設(shè)置后澆帶，如果設(shè)置后澆帶需要采取一些加強(qiáng)措施。本工程地下室長度為130m，超過了規(guī)范要求的55m，因此在筏板上采用設(shè)后澆帶的方式以解決結(jié)構(gòu)超長問題。

4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 剪力墻布置

在剪力墻結(jié)構(gòu)布置時要確保均勻合理，建筑的質(zhì)心和剛心要重合，以及x方向和y方向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置時不能使用“一”字形剪力墻，如果確定使用時需要布置成長墻（h/w > 8）；同時避免在剪力墻上擱置樓面主梁平面，如果不能避免這種做法，應(yīng)設(shè)置暗柱于剪力墻相應(yīng)部位上，當(dāng)梁高不小于墻厚的 2.5倍時，需要對暗柱配筋進(jìn)行計算，并確保轉(zhuǎn)角處墻肢的長度，由于轉(zhuǎn)角處應(yīng)力較集中，因此應(yīng)在x、y雙向布置成長墻；《高規(guī)》中對短肢墻和普通墻的界定為：墻高厚比不大于8倍為短肢墻，而大于8倍為普通墻。本工程布置剪力墻以后，質(zhì)心和剛心的x方向位置一樣，y方向相差為0.5m，因此使得扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到了控制；在剪力墻上擱置主梁擱置，暗柱設(shè)置在相應(yīng)部位，以實現(xiàn)剪力墻平面外彎矩的控制。

4.2剪力墻配筋及構(gòu)造

4.2.1剪力墻配筋

本工程剪力墻一層墻厚為250mm，其余墻厚均為200mm，在外側(cè)放置水平鋼筋放在外，在內(nèi)側(cè)放置豎向鋼筋。6層以下采用水平筋Ф10@ 200雙層雙向；6層以上采用水平筋Ф8@ 200雙層雙向。地下室外圍墻體采用受力鋼筋Ф14@ 200，水平筋根據(jù)構(gòu)造進(jìn)行配置，該工程水平筋都是取Ф12@ 150。地下室墻體的配筋主要由垂直于墻面的水平荷載進(jìn)行控制，通過計算后由豎向筋進(jìn)行控制。為了增強(qiáng)為了充分發(fā)揮豎向鋼筋的作用，應(yīng)在地下部分墻體的內(nèi)側(cè)放置水平筋，在外側(cè)放置豎向鋼筋。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層應(yīng)確保大于50mm。

4.2.2 剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置

本工程剪力墻暗柱配筋需要滿足規(guī)范中最小配筋率的要求，一般部位為0.5%，加強(qiáng)區(qū)為0.7%；短肢剪力墻應(yīng)按《高規(guī)》中規(guī)定，一般部位為1.0%，配筋率加強(qiáng)區(qū)為1.2%；然而，對于一向長肢另一向短肢的墻體，設(shè)計中對暗柱配筋時主要是按照長肢墻進(jìn)行分配，這種主法并不合理，筆者認(rèn)為，可以采用以下兩種方法：一是計算中短肢不計入剛度，配筋可以忽略該方向短肢的影響；二是計算中短肢計入剛度，配筋中要重視該方向短肢的影響。建議該一般部位取0.8%，短肢配筋率加強(qiáng)區(qū)取1.0%。該工程1～2層可進(jìn)行構(gòu)造邊緣構(gòu)件的設(shè)置，縱筋最大直徑為￠14，暗柱配筋率加強(qiáng)區(qū)取0.8%～1.45%；3層及以上為縱筋配筋率在0.6%～0.7%構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

4.2.3 剪力墻的連梁

在剪力墻設(shè)計中，連梁剛度折減是允許開裂才降低剛度，但在地震作用下剪力較大，使得設(shè)計難度加大。對于門洞，梁為同一高度；而對于窗洞，若連梁高度從窗洞算到上一層窗底，高度太高，而且高跨比太大，與計算圖形也不一致，因此具有不合理性。因此，計算連梁高度時要結(jié)合設(shè)計規(guī)定從洞頂算到樓板面，對窗洞樓面至窗臺部分可以采用輕質(zhì)材料進(jìn)行砌筑。而若窗臺有飄窗，需要增加1根梁，在梁與梁之間填充輕質(zhì)材料。同時，在連梁配筋時，需要采用對稱配置的方式。該工程連梁截面都為墻厚×400mm，除了一小部分連梁縱筋為 4￠16，箍筋為￠8@100，大部分連梁縱筋為4￠14，箍筋為￠8@ 100。

5 結(jié)論

總而言之，隨著人們對住宅建筑的功能的要求越來越高，而其建筑結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，而且具有更大的靈活性，給結(jié)構(gòu)設(shè)計工作帶來一定的難度。為此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員通過概念設(shè)計，把握好結(jié)構(gòu)的整體性，同時，合理科學(xué)布置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，以提高住宅的抗震性能，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顏興強(qiáng).淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[J].沿海企業(yè)與科技，2009（5）.

[2]黃曉亮.小高層住宅剪力墻設(shè)計的注意事項[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（7）