高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究綜述

于方洲　胡霖嵩

摘? 要：城市發(fā)展迅速，土地稀缺;30層左右、高度接近百米的剪力墻結(jié)構(gòu)住宅是普遍采用的一種型式。該文的目的在于通過實(shí)際的結(jié)構(gòu)模型計(jì)算及理論分析，總結(jié)高層剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度及地震分組調(diào)整后的設(shè)計(jì)及優(yōu)化的控制要點(diǎn)與方法，提高高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平及成本控制能力。該文主要研究80～100m剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的控制要點(diǎn)及注意問題。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)? 剪力墻結(jié)構(gòu)? 經(jīng)濟(jì)性? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 鋼筋混凝土

中圖分類號(hào)：TU973.16 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（c）-0040-03

1? 研究背景及目的

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）于2016年6月1日開始執(zhí)行，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）局部修訂版也于2016年8月1日開始實(shí)施。天津市的抗震設(shè)防烈度根據(jù)以上規(guī)范有很大調(diào)整，調(diào)整前分別見表1、表2。

該文的目的在于通過實(shí)際的結(jié)構(gòu)模型計(jì)算及理論分析，總結(jié)高層剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度及地震分組調(diào)整后的設(shè)計(jì)與優(yōu)化的控制要點(diǎn)和方法，提高高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平及成本控制能力。

2? 研究?jī)?nèi)容

該文主要研究80～100m剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的控制要點(diǎn)及注意問題。

3? 設(shè)防烈度調(diào)整的影響

該次選取3個(gè)公司實(shí)際的典型戶型進(jìn)行設(shè)防烈度調(diào)整前后的模型計(jì)算，模型依次為M11（7度0.15g，特征周期0.55）、M12（7度0.15g，特征周期0.65）、M13（8度0.20g，特征周期0.55）、M14（8度0.20g，特征周期0.65）、M21（8度0.20g，特征周期0.55）、M22（8度0.20g，特征周期0.65）共計(jì)18個(gè)模型，其中M1x為相同模型，M2x為調(diào)整結(jié)構(gòu)布置后，滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)模型?，F(xiàn)以其中一個(gè)戶型（共計(jì)6個(gè)結(jié)構(gòu)模型）為例，分析調(diào)整前后的地震作用、含鋼量的變化及規(guī)律。此戶型地下2層，地上32層，建筑、結(jié)構(gòu)典型平面布置詳見圖1、圖2。

3.1 設(shè)防烈度調(diào)整前后地震作用的變化

設(shè)防烈度調(diào)整前后模型主要參數(shù)的變化具體見表3。表3中特征周期0.65是根據(jù)天津地區(qū)四類場(chǎng)地土插值所得，場(chǎng)地不同會(huì)有一定調(diào)整如濱海新區(qū)一般為0.66。

分析如下。

（1）當(dāng)模型相同，特征周期由0.55變?yōu)?.65后，X向地震作用增加12%，Y向增加8%;由于X方向剛度較Y向大，故X向地震作用增加幅度大。

（2）當(dāng)模型相同：抗晨設(shè)防烈度由7.5度變?yōu)?.0度后，X、Y向地震作用增加33%。

（3）由于模型相同，上述a、b條結(jié)論顯然由抗震規(guī)范規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線決定，即抗震規(guī)范第5.1.5條。

（4）為了滿足規(guī)范要求的位移角限值，調(diào)整模型后，M21、M22均滿足規(guī)范剛度限值要求。M21地震作用較M11地震作用X方向增加58%、Y方向增加45%，質(zhì)量增加3.5%;M22地震作用較M12地震作用X方向增加75%、Y方向增加66%，質(zhì)量增加10%。

由上述可見，當(dāng)模型調(diào)整后增加剪力墻的數(shù)量或厚度會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量增加、剛度增加，地震作用的增幅在33%以上，尤其特征周期為0.65時(shí)。

（5）當(dāng)特征周期為0.65或大于0.65時(shí)，采用消能減震也是一種思路，需具體結(jié)合戶型及采用的消能器具體分析，減震方案暫不贅述。

3.2 設(shè)防烈度調(diào)整前后結(jié)構(gòu)材料用量的變化分析

由第1節(jié)所述，天津地區(qū)規(guī)范調(diào)整前設(shè)防烈度主要為7度0.15g調(diào)整后為8度0.20g，地震設(shè)計(jì)分組為第二組，場(chǎng)地土類別為三、四類。30層左右（大于80m，小于100m）剪力墻結(jié)構(gòu)的鋼筋、混凝土含量主要取決于剪力墻的數(shù)量、邊緣構(gòu)件配筋、框架梁、連梁、樓板?，F(xiàn)分別分析如下。

（1）樓板厚度及配筋由跨度、荷載及邊界條件決定，模型調(diào)整基本上不影響樓板的厚度及配筋，故樓板混凝土、配筋量基本不變。

（2）剪力墻及邊緣構(gòu)件的配筋主要由計(jì)算配筋及構(gòu)造配筋控制，而剪力墻及邊緣構(gòu)件構(gòu)造配筋主要由抗震等級(jí)確定。

30層左右剪力墻結(jié)構(gòu)調(diào)整前的抗震等級(jí)為二級(jí)，由于設(shè)防烈度為7.5度，直為三、四類場(chǎng)地土，故抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)按一級(jí);設(shè)防烈度調(diào)整后抗震等級(jí)為一級(jí)，構(gòu)造措施的抗震等級(jí)為一級(jí);通過以上分析可知，設(shè)防烈度調(diào)整為8度后，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造配筋率不變。剪力墻墻身的分布筋一般均為構(gòu)造，通過3.1節(jié)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果，設(shè)防烈度調(diào)整后，剪力墻墻身的配筋大部分仍為構(gòu)造，局部剪力墻的水平分布筋為計(jì)算控制，但數(shù)量不多。剪力墻邊緣構(gòu)件的配筋一般也由構(gòu)造配筋率控制，調(diào)整為8度后發(fā)現(xiàn)底層的約束邊緣構(gòu)件變化不大，局部略有增加。

綜上，對(duì)于剪力墻及邊緣構(gòu)件的材料增量主要由增加的剪力墻厚度、數(shù)量決定;控制材料用量也就是控制剪力墻的厚度及數(shù)量，尤其是應(yīng)控制邊緣構(gòu)件的數(shù)量及配筋量。

（3）結(jié)合3.1節(jié)計(jì)算模型的配筋量對(duì)比及本節(jié)上述分析可得出以下結(jié)論：當(dāng)7.5度、三類場(chǎng)地土調(diào)整為8度、三類場(chǎng)地土?xí)r鋼筋含量增加約10%～15%，大約為5～8kg/m2，即大約50～55kg左右;當(dāng)7.5度、四類場(chǎng)地土調(diào)整為8度、四類場(chǎng)地土?xí)r鋼筋含量增加約15%～20%，大約8～15kg/m2，即55～65kg左右。當(dāng)戶型差別較大時(shí)，上述結(jié)論需由實(shí)際情況確定。

4? 設(shè)防烈度調(diào)整后高層剪力墻結(jié)構(gòu)控制要點(diǎn)

通過第3節(jié)的分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高層剪力墻結(jié)構(gòu)除連梁外剪力墻墻身及暗柱的配筋基本上為規(guī)范要求的構(gòu)造配筋或較構(gòu)造配筋稍微增加，說(shuō)明承載力不是控制因素，而為了滿足規(guī)范規(guī)定的位移角限值即結(jié)構(gòu)的剛度是決定剪力墻數(shù)量的控制因素。

層間位移角限值為高層剪力墻結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵指標(biāo);將層間位移角作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，控制因素為高寬比、剪力墻厚度數(shù)量、連梁高度等，設(shè)計(jì)優(yōu)化的目標(biāo)是以最少的混凝土及鋼筋含量滿足規(guī)范要求的位移角限值要求。高寬比如前所述是衡量結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素，有文章指出8度區(qū)高層剪力墻結(jié)構(gòu)高寬比控制在7度以內(nèi)可實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性，但需要在實(shí)際工程中積累經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與高寬比的關(guān)系的數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。能有效提高剛度對(duì)于住宅還有外縱墻的窗間墻的面積。實(shí)際工程中，外縱墻的連梁可以上返，截面增加使得剛度提高，從而使窗間墻充于發(fā)揮作用，間接增加了橫向（短向）的剛度，即所謂的筒體效應(yīng)，截面大的連梁減小了剪切滯后的效應(yīng)。此點(diǎn)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中也得到了充分的驗(yàn)證，不足之處在于長(zhǎng)向、短向的剛度或周期相差較大，是否真的對(duì)抗震不利，還需充分研究。

參考文獻(xiàn)

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