某高層住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中注意要點研究

摘 要：本文主要筆者從事某高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐，就高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)注意要點進行了研究，主要從建筑概念設(shè)計與總體指標控制、基礎(chǔ)設(shè)計和剪力墻設(shè)計三個方面進行論述，設(shè)計在保障結(jié)構(gòu)安全的前提下嚴格控制經(jīng)濟指標。結(jié)果表明，工程抗震性能較好，結(jié)構(gòu)體系安全可行。

關(guān)鍵詞：高層住宅；概念設(shè)計；基礎(chǔ)設(shè)計；剪力墻設(shè)計

1 工程概況

某高層住宅，設(shè)計使用年限為 50年，建筑耐火等級為二級。抗震設(shè)防烈度為七度，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房為框架結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，主體為筏板基礎(chǔ)，裙房為柱下獨立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)。總建筑面積為5231.08m2，東西長約45m，南北長約18m，主體為地上15層帶 1層地下室，右邊裙房為地上 1層帶 1層地下室，前邊裙房為地上 1層。

2 概念設(shè)計與總體指標控制

概念設(shè)計的目標是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震的作用， 避免出現(xiàn)敏感的薄弱部位導(dǎo)致過早地破壞，因此剪力墻的布置應(yīng)以此為原則精心布置，方可使結(jié)構(gòu)在整體上安全合理。目前很多設(shè)計剪力墻滿布，造成結(jié)構(gòu)體系剛度過大，引起地震力加大，雖然滿足強度要求，但混凝土用量大，鋼筋用量也隨之加大，并且加大后的地震力有時集中于某些薄弱部位，造成安全隱患。

建筑結(jié)構(gòu)平面布置時，概念設(shè)計應(yīng)盡量使 x向和 y向抗側(cè)剛度接近，剪力墻不宜過多以免剛度過大。在豎向布置上也要力求均勻，避免少數(shù)樓層出現(xiàn)敏感薄弱部位，使結(jié)構(gòu)整體形成均勻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電算才能作出安全、經(jīng)濟、合理的結(jié)構(gòu)。在本工程住宅樓主體剪力墻時，x向剪力墻墻肢較短，y向剪力墻墻肢較長，墻肢盡量多做成帶翼緣的L形、T形等，不做“一”字形短墻；高厚比多在8以上，通過這些措施使結(jié)構(gòu)總體指標控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。總體指標對建筑物的總體判別十分有用。

3 基礎(chǔ)設(shè)計

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計由于考慮埋置深度的要求，一般均設(shè)置地下室。基礎(chǔ)多采用筏板基礎(chǔ)。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長度也直接影響結(jié)構(gòu)整體安全和工程造價。該工程上部 15層帶 1層地下室，根據(jù)勘察報告，取筏板厚為1000mm，經(jīng)細算后筏板可減至800mm。由于地庫室為單層框架結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)厚度計算后定為250mm，為解決柱對筏板的沖切，對柱下局部范圍加厚（見附圖1）。經(jīng)此處理經(jīng)濟性明顯。因此，基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，對高層來說一般筏板厚初選時可按樓層數(shù)計，即每層按 50mm厚增加。

筏板長度的設(shè)置應(yīng)考慮地下室的使用合理性，通常采用設(shè)置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫。本項目采用添加劑以補償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內(nèi)可不設(shè)或少設(shè)后澆帶，并且對所設(shè)后澆帶采取必要的保護和加強措施。該工程地下室長120m，大于規(guī)范要求的55m，故筏板基礎(chǔ) 采后澆帶來解決結(jié)構(gòu)超長的問題。并在塔樓與地下室之間設(shè)置后澆帶，解決兩種不同荷載之間的不均勻沉降問題（見附圖2），效果良好。

4 剪力墻設(shè)計

4.1 剪力墻布置

剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且x，y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免“一”字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)盡可能布置成長墻（ h /w > 8）；應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱，當梁高大于墻厚的 2.5倍時，應(yīng)計算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件時兩個方向均應(yīng)布置成長墻；規(guī)范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程剪力墻布置后，剛心和質(zhì)心x向在同一位置，y向相差0.5m，大大減小了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；主梁擱置在剪力墻上的，在相應(yīng)部位設(shè)置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。

4.2剪力墻配筋及構(gòu)造

4.2.1剪力墻配筋

該工程剪力墻一層墻厚為 250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。六層以下水平筋￠10@ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用￠6 @ 400拉筋；六層以上￠8 @ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用￠6@ 600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋￠14@ 200為主要受力鋼筋，水平筋則構(gòu)造配置，該工程均取￠12@ 150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，簡化計算后由豎向筋控制。

4.2.2 剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置

試驗研究表明，鋼筋混凝土設(shè)置邊緣構(gòu)件后與不設(shè)邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩(wěn)定性，因此一般一、二級抗震設(shè)計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；其余剪力墻應(yīng)按《高規(guī)》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

對于本工程剪力墻來說，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強區(qū)0.7%，一般部位0.5%；對于短肢剪力墻，應(yīng)按《高規(guī)》第7.1.2條控制配筋率加強區(qū) 1.2 %，一般部位1.0%；而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計中往往按長肢墻進行暗柱配筋并不妥當，建議有兩種方法：其一，計算中另一方向短肢不進入剛度，則配筋可不考慮該方向短肢影響；其二，計算中短肢計入剛度，則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率在加強區(qū)取1.0 %，一般部位可取0.8 %。該工程地面一、二層設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，縱筋最大直徑為￠14，加強區(qū)暗柱配筋率最大為 1.45%，最小0.8%；三層及三層以上為構(gòu)造邊緣構(gòu)件，構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱筋配筋率普遍在 0.6%～0.7%。

4.2.3 剪力墻的連梁

剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，雖然在計算中對其剛度進行折減，但在地震作用下彎矩、剪力仍很大，有時很難進行設(shè)計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計算圖形不符，相應(yīng)配筋亦較大，不合理。所以連梁高度計算與設(shè)計統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用輕質(zhì)材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加1根梁，2根梁之間用輕質(zhì)材料填充。連梁配筋應(yīng)對稱配置，腰筋同墻體水平筋。該工程連梁截面均為墻厚×400mm，大部分連梁縱筋為4￠14，箍筋為￠8@ 100；個別連梁縱筋為 4￠16，箍筋為￠8@100。

5結(jié)語

綜上所述，在高層建筑轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，既要盡可能地滿足建筑的使用功能的要求，又要使結(jié)構(gòu)體系更加合理，應(yīng)從建筑功能、結(jié)構(gòu)受力、設(shè)備使用、經(jīng)濟合理等多方面入手進行結(jié)構(gòu)的選型和柱網(wǎng)布置，從而滿足建筑結(jié)構(gòu)合理的使用要求。

參考文獻

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