關(guān)于高層剪力墻結(jié)構(gòu)層間位移角調(diào)整的幾點(diǎn)建議

邯鄲市瑞達(dá)工程設(shè)計(jì)有限公司 河北邯鄲 056000

摘要：高層建筑一定程度上解決了人口增加與住房緊張的矛盾，并由此得到社會(huì)各界關(guān)注，高層建筑結(jié)構(gòu)較為實(shí)用的為剪力墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)建筑達(dá)到一定高度后，墻體剛性主要受風(fēng)荷載影響。通過對(duì)層間墻體的設(shè)計(jì)、數(shù)量及原料改進(jìn)等方法，可調(diào)整層間位移，從而改變墻體的剛性，在調(diào)整過程中要注意X向和Y向墻體層間位移角盡量接近。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；層間位移；風(fēng)荷載

社會(huì)人口的增加與居住面積之間矛盾的加劇，致使高層建筑逐漸受到社會(huì)各界的關(guān)注。我國高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系可分為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)三種類型。其中剪力墻結(jié)構(gòu)具有剛度大、抗震性好、塑性變形能力和側(cè)向變形能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)高的優(yōu)點(diǎn)，滿足了住宅建筑的需求，且能充分利用土地資源，因此備受青睞。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

高層建筑的結(jié)構(gòu)功能是建筑體量組成和結(jié)構(gòu)藝術(shù)的表達(dá)基礎(chǔ)，再設(shè)計(jì)過程中不能離開實(shí)踐的基礎(chǔ)而僅進(jìn)行單純的理論計(jì)算或推理。建筑設(shè)計(jì)概念主要由建筑工程師決定，設(shè)計(jì)者應(yīng)具有準(zhǔn)確的判斷力，在實(shí)踐基礎(chǔ)上對(duì)建筑結(jié)構(gòu)做出科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的計(jì)算及分析，從而解決高層建筑設(shè)計(jì)中可能涉及的各類基礎(chǔ)性問題，例如水平荷載對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的影響及其解決措施、建筑墻體剛性的相關(guān)問題及其解決措施等。

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足兩方面的要求，一是建筑結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)，二是建筑結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)，其中后者對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起主要控制作用。高層建筑在地震或風(fēng)荷載作用下要滿足水平變形的要求，水平變形過大不僅會(huì)損壞豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件，影響結(jié)構(gòu)的承載力；還能影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)用性能，如幕墻、隔墻和填充墻等，進(jìn)而影響建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定高度為150m以下的純剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑，其樓層層間最大位移（ui）與層高（hi）之比小于1：1000。高層建筑彈性層間位移角受地震作用影響較小，主要影響因素為風(fēng)荷載，尤其是沿海城市風(fēng)荷載對(duì)于層間位移角的影響更為突出。

二、層間位移角

（一）層間位移角計(jì)算式

建筑物側(cè)向剛度的大小用層間位移角度量，因此高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度的保證需要應(yīng)對(duì)層間位移角進(jìn)行合理控制。層間位移角（θi）大小等于樓層層間最大彈性水平位移（△ui）與對(duì)應(yīng)樓層高度（hi）的比值，用公式表示為：θi=△ui：hi

層間位移角限值由鋼筋混凝土豎向構(gòu)件開裂時(shí)對(duì)應(yīng)的層間位移角大小決定。由公式可知，當(dāng)樓層高度固定時(shí)，樓層層間最大彈性水平位移直接決定層間位移角，控制層間位移角等同于控制該樓層所有豎向構(gòu)件的層間位移。高層建筑受水平作用力的情況較為普遍，因此樓層層間最大水平位移在該結(jié)構(gòu)單元的盡端處。

（二）層間位移角計(jì)算

對(duì)于高度不超過150m的建筑物，由于整體彎曲變形對(duì)于建筑物位移的影響較小，因此樓層層間最大位移（ui）以樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移差進(jìn)行計(jì)算，不考慮整體彎曲轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的側(cè)移。而對(duì)于高度超過150m的建筑物而言，整體彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移數(shù)值較大，應(yīng)在計(jì)算時(shí)扣除此部分的變形或?qū)⑽灰平菢O限值適當(dāng)提高。層間位移包括受力位移（△uid）和非受力位移（△ui-1）兩部分。受力位移引起的變形為有害變形，對(duì)應(yīng)位移記為θid。相關(guān)各量關(guān)系示意圖見圖1。

非受力位移為：△ui-1=θi-1hi；

受力位移為：△uid=△ui-△ui-1，

則受力位移角：θid=θi-θi-1=△uid：hi

圖1層間位移角關(guān)系示意圖

三、層間位移調(diào)整

（一）高層建筑參數(shù)計(jì)算

以某工程高層建筑為例，說明層間位移調(diào)整的過程。該建筑為剪力墻結(jié)構(gòu)，地震設(shè)防烈度為7度（0.1g）；基本風(fēng)壓為0.8kP，且為50年一遇；場(chǎng)地類別為Ⅲ類，地面粗糙程度為B類；建筑長為44m（X），寬為18.2m（Y），最小寬度為9.9m，總樓層高度為為99.99m。

該高層建筑Y向?yàn)榻ㄖ锏娜蹴?xiàng)，需布置較多剪力墻。根據(jù)建筑墻體布置及使建筑X、Y方向的動(dòng)力特性相近的原則，對(duì)全樓面進(jìn)行剛性樓板假定的基礎(chǔ)上，采用SATWE結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)各層層間位移角進(jìn)行計(jì)算，并繪制如下圖像，見圖2.

X向最大層間位移角曲線圖

Y向最大層間位移角曲線圖

圖2各層層間位移角曲線圖

由計(jì)算可知，該建筑在地震作用下層間位移均達(dá)到相關(guān)建筑要求，但在風(fēng)荷載作用下，Y向的最大層間位移為1：908，超過相關(guān)規(guī)定要求，需要進(jìn)行調(diào)整。

（二）層間位移調(diào)整過程

由以上計(jì)算結(jié)構(gòu)可知，Y向?qū)娱g位移與規(guī)定差值較大，局部調(diào)整難以達(dá)到實(shí)際要求，應(yīng)從整體對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，改善結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。

1、增加Y向剪力墻的數(shù)量，并調(diào)整其結(jié)構(gòu)布置。高層剪力墻設(shè)計(jì)避免一字型或一字短肢型，應(yīng)設(shè)計(jì)為L或者T型，增強(qiáng)剪力墻的實(shí)用性能。若建筑要求需設(shè)計(jì)為一字型時(shí)，應(yīng)在剪力墻兩側(cè)進(jìn)行端柱設(shè)計(jì)。

2、建筑結(jié)構(gòu)整體剛度受外側(cè)剪力墻的剛度影響較大，加大Y向外側(cè)剪力墻的剛度可大幅度提高建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度；若剪力墻需要Y向分段，可在分段處用高連接梁連接，以確保墻段之前的剛度傳遞效果。風(fēng)荷載作用效應(yīng)計(jì)算時(shí)，可忽略連梁的剛度折減。

3、建筑結(jié)構(gòu)剪力墻之間彼此聯(lián)系，互相影響。X向與Y向剪力墻之間同樣互相影響，如與Y向剪力墻相連的X向剪力墻長度的改變，將影響Y向剪力墻的剛度，從而影響Y向的層間位移角。當(dāng)其他條件不變時(shí)，X向剪力墻長度減少，與之相連的Y向剪力墻剛度減小。同理，X向墻體的厚度與寬度同樣影響Y向墻體的抗側(cè)剛度，因此加大X向短墻肢的寇杜或X向連梁及墻體的寬度，可增大Y向墻體的剛度。實(shí)踐證明，X向連梁或梁的高度的變化對(duì)于Y向剪力墻剛度影響甚微。

4、增加建筑結(jié)構(gòu)外圍Y向剪力墻的厚度可提高Y向墻體的抗側(cè)剛性