高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

摘 要：剪力墻結(jié)構(gòu)作為建筑物常用的一種結(jié)構(gòu)形式，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各類建筑中，但其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)都很明顯。為了保證剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更科學(xué)，本文章對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題實(shí)行了研究分析，同時(shí)參照相關(guān)的文件與一些自己的想法指出了相對較好的處理方法，以利于提升從業(yè)者的設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)角窗；一字墻

1 前言

剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高層住宅建筑中，隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的普及，如pkpm、YJK、廣廈等均能進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，但從我多年從事結(jié)構(gòu)專業(yè)施工圖審查的經(jīng)驗(yàn)看，有些設(shè)計(jì)人員對剪力墻的設(shè)計(jì)還存在一些誤區(qū)。本文根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勛约簩ψ≌惛邔蛹袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。

2 應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有極其重要的地位，現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員大多不太重視概念設(shè)計(jì)，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要精力用于調(diào)整圖面、調(diào)整配筋上，這是極其錯(cuò)誤的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)將主要精力用于概念設(shè)計(jì)上。

⑴宜采用抗震性能較好的規(guī)則或不規(guī)則結(jié)構(gòu)，特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行專門研究，嚴(yán)禁采用嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

⑵剪力墻結(jié)構(gòu)是由墻肢與連梁組成的結(jié)構(gòu)?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第7.1.3條“跨高比小于5的連梁應(yīng)按本章（指本規(guī)范第7章 剪力墻結(jié)構(gòu)---編者注）的有關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)，跨高比不小于5的連梁宜按框架梁設(shè)計(jì)。”誤導(dǎo)了好多設(shè)計(jì)人員，他們認(rèn)為剪力墻結(jié)構(gòu)可以做成墻肢與框架梁組成的結(jié)構(gòu)，其實(shí)這種結(jié)構(gòu)就是壁式框架，對抗震不利，尤其是在層數(shù)超過20層的住宅建筑中盡量不要采用，宜采用墻肢與普通連梁（跨高比在2.5～5之間的連梁）組成的剪力墻結(jié)構(gòu)?？绺弑炔恍∮?的連梁宜按框架梁設(shè)計(jì)，但此梁仍然是連梁，僅是弱連梁而已，其抗震等級(jí)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、腰筋構(gòu)造等仍應(yīng)同剪力墻，按16G101-1圖集中的LLk構(gòu)造。

⑶某些住宅剪力墻結(jié)構(gòu)南外墻無剪力墻，或是一些很小的墻垛，這樣在受力分析時(shí)，致使結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心偏移過大，從而造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的不規(guī)則。那么針對這類建筑應(yīng)該怎么處理呢？可以這樣做：剪力墻結(jié)構(gòu)外墻均應(yīng)設(shè)置剪力墻，形成閉合的剪力墻。

⑷剪力墻墻肢過短，僅剛剛滿足一般剪力墻（某肢墻肢截面高度與厚度之比大于8），比如：200厚的剪力墻墻肢，墻肢截面高度為1650，并大量布置在南向一側(cè)。這種教條得按規(guī)范最低值的做法是不可取的，也是非常危險(xiǎn)的。其實(shí)這種剪力墻也宜按短肢剪力墻考慮，況且成片大量布置在住宅的南外墻一側(cè)，對抗震機(jī)器不利。本人的理解，一般剪力墻中的某一肢的截面高度與厚度之比應(yīng)至少不小于9，否則宜調(diào)整結(jié)構(gòu)布置或根據(jù)情況按短肢剪力墻進(jìn)行加強(qiáng)。

⑸避免外墻轉(zhuǎn)角處或結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)受集中荷載較大的一字型剪力墻。

一字型剪力墻出現(xiàn)在外墻轉(zhuǎn)角部位，由于一字型剪力墻的端部受偏心集中荷載的作用，再加上轉(zhuǎn)角部位本身就是雙向地震作用的內(nèi)力集中部位，對抗震不利，宜避免。如建筑專業(yè)需要在此處設(shè)置，不可避免，可采用類似于建筑物轉(zhuǎn)角窗處的加強(qiáng)措施。

建筑物中部的一字型剪力墻的端部受集中力較大，宜采取設(shè)置翼墻或端柱的方式。

在設(shè)計(jì)中還要盡量避免使用一字型短肢剪力墻，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）的要求，一字型短肢剪力墻的軸壓比及配筋率均有較高要求，并且不宜在一字型短肢剪力墻上布置平面外與之相交的單側(cè)樓面梁。

⑹、剪力墻結(jié)構(gòu)盡量不設(shè)置轉(zhuǎn)角窗，必須設(shè)置轉(zhuǎn)角窗時(shí)，宜采取必要的構(gòu)造加強(qiáng)措施，如：避免采用一字型的剪力墻，宜采用“T”、“L”、“[”等形狀的剪力墻；宜提高轉(zhuǎn)角窗兩側(cè)墻體的抗震等級(jí)；宜加強(qiáng)轉(zhuǎn)角窗窗頂轉(zhuǎn)角連梁的配筋及構(gòu)造；轉(zhuǎn)角連梁的扭矩折減系數(shù)宜取1；宜加厚轉(zhuǎn)角窗處的板厚，并雙層雙向配筋等。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理選取

3.1 計(jì)算嵌固端的合理選取

高層住宅建筑一般設(shè)有地下室，上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算嵌固端盡量選取在地下一層的頂板處，地下一層頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端最合理、省錢，地震破壞后也容易維修。

有地下室的高層住宅建筑，當(dāng)?shù)厣弦粚邮覂?nèi)外高差大于1.5m或地下一層與首層的側(cè)向剛度比不大于2時(shí)，宜選取在地下一層的底板處。

3.2 風(fēng)荷載是否與地震作用同時(shí)考慮

在高度大于60m的高層剪力墻結(jié)構(gòu)中，風(fēng)荷載應(yīng)與地震作用同時(shí)考慮，風(fēng)荷載組合值系數(shù)[ψw]應(yīng)取0.2。高度小于等于60m的高層建筑及多層建筑中，風(fēng)荷載不起控制作用時(shí)，[ψw]可取0。在施工圖審查中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在高度大于60m的高層剪力墻結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入中，未將“風(fēng)荷載與地震作用同時(shí)考慮”這個(gè)選項(xiàng)勾選，造成內(nèi)力及配筋計(jì)算偏小，使結(jié)構(gòu)工程存在較大安全隱患。

3.3 邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小配筋率

邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小配筋率應(yīng)按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010的有關(guān)規(guī)定填寫。此處填寫的配筋率對邊緣構(gòu)件的計(jì)算配筋有一定程度的影響。

4 施工圖容易出現(xiàn)的問題

⑴邊緣構(gòu)件縱向鋼筋配筋小于計(jì)算配筋。在繪制邊緣構(gòu)件施工圖時(shí)，鋼筋層的設(shè)置與施工圖不符，造成局部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋配筋不足。

⑵邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的配置不滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第7.2.15-2條、表7.2.16構(gòu)造配筋的要求

原因：繪制施工圖時(shí)人為增大邊緣構(gòu)件的截面尺寸或?qū)?gòu)造邊緣構(gòu)件人為修改為約束邊緣構(gòu)件，未在模型中修改，也未進(jìn)行構(gòu)造配筋率的復(fù)核。

⑶剪力墻水平分布筋配筋小于計(jì)算配筋。

⑷端柱配筋過大，出現(xiàn)異常。

在一次施工圖審查過程中，發(fā)現(xiàn)一端柱配筋達(dá)到6200mm2，經(jīng)查：屬建模出現(xiàn)問題，剪力墻設(shè)有端柱，在垂直剪力墻方向，與端柱相連的為一框架梁，該方向端柱內(nèi)存在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間即輸入了框架梁又誤輸入了剪力墻，導(dǎo)致計(jì)算軟件無法判別，計(jì)算結(jié)果失真、異常。

⑸剪力墻平面內(nèi)的梁按框架梁設(shè)計(jì)，未按LLk設(shè)計(jì)，不滿足17G101-11的規(guī)定。

⑹高層建筑地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下室與上部對應(yīng)的剪力墻墻肢端部邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積小于地上一層對應(yīng)的剪力墻墻肢邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積，不滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第12.2.1-4條的規(guī)定。

⑺不與墻身相連的獨(dú)立邊緣構(gòu)件的箍筋配置小于該處剪力墻水平鋼筋的計(jì)算面積。

⑻短肢剪力墻全部豎向鋼筋的配筋率小于《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第7.2.2-5條的規(guī)定。

⑼承受集中荷載的端柱，其縱向鋼筋、箍筋直徑和間距不滿足相應(yīng)抗震等級(jí)框架柱的相應(yīng)要求。

⑽房屋頂層剪力墻、長矩形平面房屋的樓梯間和電梯間剪力墻、端開間縱向剪力墻以及端山墻的水平和豎向分布鋼筋的間距大于200mm，不滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010第7.2.19條的規(guī)定。

5 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)非常重要，設(shè)計(jì)人員既不但要重視結(jié)構(gòu)計(jì)算，更要注重概念設(shè)計(jì)。不是說只要軟件計(jì)算通過了，就完事大吉了。其實(shí)不然，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于前期的概念設(shè)計(jì)，一個(gè)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無不是從概念設(shè)計(jì)開始，用大量的時(shí)間與精力在做前期的概念設(shè)計(jì)，只有這樣才能做出優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50011——2010（2016年版）.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

作者簡介：燕全志 ，1966年出生，男，山東省東營市廣饒縣人，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊結(jié)構(gòu)工程師，現(xiàn)從事結(jié)構(gòu)專業(yè)施工圖審查及施工圖審查質(zhì)量管理工作。