淺談高層住宅剪力墻結構設計

青島中海盛興房地產(chǎn)有限公司 山東青島 266024

摘要：近年來，越來越多的高層住宅采用短肢剪力墻結構，主要是由于鋼筋混凝土短肢剪力墻結構可靈活布置，房間里面沒有露梁露柱現(xiàn)象，可以帶來很大的彈性空間。本文將談談高層住宅剪力墻的結構設計。

關鍵詞：高層住宅；剪力墻；結構設計

1.引言

這些年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展、生活水平的提高，人們對住宅的要求越來越高。原來普通框架結構的露梁露柱、普通剪力墻結構的建筑空間嚴格限制已無法滿足人民對居住空間的需求。所以，在原有剪力墻的基礎上吸收了框架結構的優(yōu)點，逐步發(fā)展成適應人們新觀念住宅的高層住宅結構類型，即“短肢剪力墻結構”和“異形柱框架結構”類型。這兩個新的結構類型在很大程度上克服了普通框架剪力墻結構的缺點，受到了多數(shù)人的肯定和歡迎，所以短肢剪力墻結構可廣泛應用。短肢剪力墻的變形特性與框架剪力墻結構相類似。然而，比框架結構的剛度和內(nèi)力分布更加合理，而結構變形導致的豎向位移差比框剪結構小。

2.剪力墻布置

剪力墻布置除應符合規(guī)程的相關規(guī)定外，本文將對剪力墻布置提出了一些要求，包括短肢剪力墻和梁、墻的布置。

2.1 雙向布置剪力墻及抗側剛度

高層建筑應該有較好的空間工作性能，而剪力墻結構應雙向設置，形成空間結構。在抗震結構中，應避免單向布置剪力墻，并宜使兩個方向抗側剛度接近，那就是，這兩個方向的自振周期應接近。

另外，剪力墻的抗側剛度和承載力較大，為了充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，提高剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使結構具有適當?shù)膫认騽偠?，?/p>

2.2 豎向剛度均勻

剪力墻的布置對結構的抗側剛度的影響很大，而剪力墻沿高度不連續(xù)，將造成結構沿高度剛度突變，所以應要求剪力墻自上到下連續(xù)布置。允許沿高度改變墻厚和混凝土等級，或減少部分墻體，使抗側剛度沿高度逐漸減小。

2.3 墻肢高寬比

高層剪力墻易于設計成通過彎曲破壞的延性剪力墻，從而避免脆性的剪切破壞。在抗震結構中，剪力墻結構應具有延展性，和墻的寬度比應大于2。當墻的長度很長一段時間，為了滿足每個墻段的高寬比大于2，通過在墻上開設洞口將長墻分成長度較小，更均勻的獨立墻段，墻的每個獨立的部分可以是一個整體，也可以聯(lián)肢剪力墻。

2.4 剪力墻洞口的布置

剪力墻洞口的布置，會極大地影響剪力墻的力學性能。因此，布置剪力墻洞口時應滿足以下3方面要求。

（1）規(guī)則開洞，洞口成列、成排布置，能形成明確的墻肢和連梁，應力分布比較規(guī)則，又與當前普遍應用程序的計算簡圖較為符合，設計結果安全可靠。同時宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置；

（2）對于錯洞剪力墻和疊合錯洞墻，二者都是不規(guī)則開洞的剪力墻，其應力分布復雜，容易造成剪力墻的薄弱部位，常規(guī)計算無法獲得其實際內(nèi)力，構造比較復雜。其主要特點是洞口錯開距離很小，甚至疊合，不僅墻肢不規(guī)則，洞口之間形成薄弱部位，疊合錯洞墻比錯洞口墻更為不利，設計時應盡量避免。當無法避免疊合錯洞布置時，應按有限元方法仔細計算分析并在洞口周邊采取加強措施或采用其他輕質(zhì)材料填充將疊合洞口轉化為規(guī)則洞口的剪力墻或框架結構；

（3）具有不規(guī)則洞口剪力墻的內(nèi)力和位移計算應符合規(guī)程的有關規(guī)定。目前除了平面有限元方法外，尚沒有更好的簡化方法計算。對結構整體計算中采用了桿系、薄壁桿系模型或對洞口作了簡化處理的其他有限元模型時，應對不規(guī)則開洞墻的計算結果進行分析、判斷，必要時應進行補充計算和校核。

2.5 剪力墻和加強部位

（1）抗震結構中出現(xiàn)塑性鉸的部位應作為加強部位。而剪力墻頂層、樓電梯間墻等不宜作為加強部位，這樣作的目的是對塑性鉸部位可以有更明確的措施，與由于溫度、收縮等需要的加強措施區(qū)別；

（2）剪力墻塑性鉸出現(xiàn)后，剪力墻應具有足夠的延性，剪力墻底部塑性鉸出現(xiàn)都有一定范圍，該范圍內(nèi)應當加強構造措施，提高其抗剪切破壞的能力；

（3）為安全起見，設計剪力墻時將加強部位范圍適當擴大，抗震設計時，一般剪力墻結構底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值，當剪力墻高度超過150m時，為避免加強區(qū)太高，其底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/10。

3.短肢剪力墻設計要求

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。當截面高度與厚度之比小于3時，應按柱計算（當異形柱的形成應根據(jù)要求設計的異形柱，但高層建筑不允許異形柱框架結構），剪力墻高厚比大于3，且小于5剪力墻，也算是短肢剪力墻，由于其較弱，可以提出不應使用高厚比小于5的墻肢，為小墻肢軸壓比應修訂給予更嚴格的限制，所以即使有短肢剪力墻，也要盡量使墻肢截面高厚比大于5。

3.1 應用范圍

高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。設計應注意：首先，短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）一起抵抗水平力的剪力墻結構；其次，短肢剪力墻的剪力墻結構的最大高度應低于規(guī)范規(guī)定值的剪力墻結構，7度和8度抗震設計時不應大于100m和60m；第三，B級高層建筑和9度抗震設計的高層建筑的高度，即使設置筒體，也不應采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構；第四，如果在剪力墻結構中，只有一些小墻肢，不屬于短肢剪力墻與筒體共同工作的剪力墻結構。

3.2 加強措施

對于短肢剪力墻設計中應著重以下加強措施。

（1）為限制過多的剪力墻的數(shù)量，在抗震設計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構總底部地震傾覆力矩50%；

（2）抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比規(guī)范中規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用；目的是從構造上改善短肢剪力墻的延性；

（3）出于改善延性的考慮，抗震設計時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7（對一般剪力墻，三級抗震等級時軸壓比未限制）；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應降低0.1；

（4）對于短肢剪力墻的剪力設計值，不僅底部加強部位應調(diào)整，其他各層也要調(diào)整，一、二級抗震等級應分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2，目的是避免短肢剪力墻過早剪壞；

（5）短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%；

（6）對于短肢剪力墻截面最小厚度，無論抗震還是非抗震設計，其厚度都不應小于200㎜；對于非抗震設計，除要求建筑最大適用高度適當降低外，對墻肢厚度限制的目的是使墻肢不致過小。

結束語

總之，在剪力墻設計中，要根據(jù)受力特點，充分掌握和了解其受力特點和破壞機理后，并選擇合理的布局，掌握正確的計算分析方法，短肢剪力墻結構將在高層住宅中具有廣泛的發(fā)展應用。

參考文獻：

[1]《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》，中國建筑工業(yè)出版社。