高層住宅框架剪力墻結構設計

摘 要：本文結合筆者多年工作經驗，主要針對小高層住宅結構體系進行相關問題的論述，并對3種結構體系進行分析比較。以供參考！

關鍵詞：小高層住宅；結構體系；異形柱框架剪力墻

目前，國家住宅規范中規定，中高層住宅為7～9層的住宅，高層住宅為10層及以上的住宅。對于層數為7～11層的住宅，它們具有共同的特點就是其平面布局類似于多層住宅，有載人電梯但無消防電梯，這類住宅摒棄了12層以上高層住宅的缺點，同時保持了多層住宅節約用地、接近自然的優勢，同時具有良好的通風、采光、觀景效果和良好的戶內布局等優點，因此這類住宅更能滿足人們的需求。中高層住宅常采用的結構體系有異形柱框架剪力墻結構、短肢剪力墻結構和一般剪力墻結構，通過對中高層住宅的3種常用結構體系的論述，對其進行分析比較。

1 異形柱框架剪力墻結構

異形柱是指截面形式為L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高與肢厚的比值不大于4的柱。當樓層較多時，異形柱往往因柱截面、軸壓比、抗側剛度的影響，難以滿足要求。此時常用的做法是增大異形柱的肢長，使柱肢高寬比大于4.0，演變為短肢剪力墻，或者與短肢剪力墻一起使用，使結構變為異形柱框剪結構。異形柱結構的一個獨立單元內，結構的平面形狀宜簡單、規則、對稱，減少偏心，剛度和承載力分布均勻。異形柱結構的框架縱、橫柱網軸線宜分別對齊拉通；異形柱截面肢厚中心線宜與框架梁及剪力墻中心線對齊。對異形柱結構中處于受力復雜、不利部位的異形柱宜采用一般框架柱，改善結構的整體手里性能。

異形柱框架剪力墻結構中的剪力墻間距不宜太大，當剪力墻之間的開洞較大時，剪力墻的間距宜適當減小。結構豎向布置時要求立面及剖面規則、均勻，避免過大的外挑和內收；結構的側向剛度沿豎向宜均勻變化，避免抗側力結構的側向剛度和承載力沿豎向的突變，豎向結構構件的截面尺寸和材料強度不宜在同一樓層變化；異形柱框架剪力墻結構體系的剪力墻應上下對齊連續貫通房屋全高。試驗研究及理論分析表明：異形柱的雙向偏壓正截面承載力隨荷載作用方向不同而有較大的差異。在T形、L形和+形3種異形柱中L形柱差異最為顯著。

2 短肢剪力墻結構

短肢剪力墻屬于剪力墻結構，根據JGJ3—2002《高層建筑混凝土結構技術規程》，短肢剪力墻是指墻肢截面高度和厚度之比為5～8的剪力墻。高層住宅不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構，在樓梯、電梯間等位置處設置筒體或一般剪力墻，與外圍部分的豎向構件，在間隔墻交接處布置適量的短肢剪力墻共同抵抗水平力。短肢剪力墻形式為L形和T形，也有少量的十字形、Z字形、一字形。各墻肢間布置框架梁或連梁把短肢剪力墻和核心筒連成一個整體。短肢剪力墻結構的布置時要求：

① 內外剪力墻應盡量拉通，對直，平面布置上宜周邊布置均勻，增大房屋的外圍剛度，從而減小結構的扭轉周期；要求每片剪力墻的抗側剛度相差不大，避免出現剛度特大的剪力墻造成受力過于集中；對稱布置有利于使結構的質心和剛心重合，可以減少建筑物受到的扭矩；縱橫向剪力墻宜合并布置成T形、L形、）形、+形，以使縱墻可以作為橫墻的翼緣，橫墻可以作為縱墻的翼緣，提高其承載力和剛度。短肢剪力墻宜布置在房間分隔墻的交點處且豎向荷載較大處，短肢剪力墻宜設置翼緣，滿足豎向荷載和抗側力的需要。

②在豎向布置上剪力墻應連續，剪力墻的洞口宜上下對齊，成列布置，使剪力墻形成明確的墻肢和連梁，成列開洞的抗震墻傳力途徑合理，受力明確。不宜采用錯洞墻。

③在外凸部分、平面外邊緣和角點處，應力集中的部位，設置短肢剪力墻時要滿足平面剛性和抗扭的要求，這些部位都是整個結構體系抗震比較薄弱的部位，當存在扭轉效應時，這些部位的墻肢容易先開裂，因此在這些部位應加強抗震構造措施，例如采取減小軸壓比、增加縱筋和箍筋的配筋率等方法。

④剪力墻的門窗洞口宜規則，均勻布置，上下對齊，形成明確的墻肢和連梁，應避免各墻肢間剛度相差懸殊。

⑤一字形短肢剪力墻延性及平面外穩定性十分不利，因此不宣布置單側樓面梁與之平面外垂直或者斜交。同時剪力墻的布置并不是越多越好，因為布置過多的剪力墻雖然結構剛度增大，能抵御很大的地震力，但在使用功能上有時很不方便，且結構自重將明顯增加，造成結構和基礎材料的過多消耗。因此，在短肢剪力墻的布置中，初始墻率的選取極為重要 以七度抗震設防地區短肢剪力墻結構體系（墻厚200 mm）墻率的范圍為4.5%～6.0%較合適。結構的剛重比和剪重比均隨著墻厚的增加而增大，這說明增加墻厚可以提高結構的安全性和穩定性。增加結構的墻肢長度也可以提高結構的抗側移剛度。

3 一般剪力墻結構

按照《高層建筑混凝土結構技術規程》規定，剪力墻是指墻肢截面的高度與厚度之比大于8的剪力墻，而一般剪力墻結構就是指除短肢剪力墻以外的純剪力墻結構。剪力墻結構中，剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置，避免僅單向有墻的結構布置形式。剪力墻墻肢截面宜簡單、規則。剪力墻結構的側向剛度不宜過大。剪力墻結構應具有延性，高寬比大于2的剪力墻屬于彎曲破壞的延性剪力墻，可以避免脆性的剪切破壞，因此較長的剪力墻宜開設洞口，將其分成長度較為均勻的聯肢墻或整體強，墻段之間宜采用連梁連接，墻肢截面高度不宜大于8 m。相對于其他結構形式，一般剪力墻結構的墻肢高度較大，平面內的剛度和承載力大，而平面外剛度及承載力小，應沿梁軸線方向設置與梁相連的剪力墻，抵抗該墻肢平面外彎矩。一般剪力墻結構的布置原則、計算方法等與短肢剪力墻的類似。

4 結語

這3種結構體系運用到小高層住宅中各項技術指標都滿足規范要求。3種結構體系中，一般剪力墻結構抗側剛度最大，短肢剪力墻結構次之，異形柱框剪結構的最小。相比較而言，短肢剪力墻結構與一般剪力墻結構的自振周期較短，結構側移較小，地震災害損失的相對也較少。異形柱框架剪力墻結構的自振周期相比其他兩種結構體系偏大，即結構偏柔，也就是說異形柱框剪力墻結構中剪力墻數量相對較少，這往往導致層間位移角等控制指標接近規范限值，而使結構沒有足夠的安全儲備。同時當住宅層數較高時，異形柱框剪力墻結構體系中的異型柱軸壓比往往較大，在設計時要特別注意異形柱的軸壓比問題。《高層建筑混凝土結構技術規程》目前只對一、二級地區剪力墻的軸壓比作出規定，仍然沒有對三級剪力墻結構的軸壓比做出明確規定。只是在《高層建筑混凝土結構技術規程》7.1.2中規定了短肢剪力墻在抗震等級為三級時軸壓比不能超過0.7。3種結構體系的最大層間位移角基本都出現在房屋的中間或偏下部位，相比較而言，短肢剪力墻結構體系更接近于中間，這說明短肢剪力墻結構體系的層間位移分布更加均勻，其整體抗震性能也更加均勻。地震作用在一般剪力墻結構中產生的地震力大于其他兩種結構體系，這是由于其抗側剛度最大所引起，相比于一般剪力墻結構體系，短肢剪力墻結構體系X、Y方向地震力大小更加接近，即兩個方向上的抗側剛度剛度相差不多。短肢剪力墻結構體系在x、Y兩個方向上地震力及樓層剪力相差較小，而一般剪力墻結構體系和異形柱框架剪力墻結構體系兩方向的最大樓層剪力和最大樓層地震力相差較大，說明短肢剪力墻結構體系的樓層地震力和層間剪力的分布更加均勻。在小高層住宅中將一般剪力墻結構與短肢剪力墻結構相比，可以發現前者的周期和水平位移都較小，但與短肢剪力墻結構相差并不很大。短肢剪力墻結構在X、Y方向上層間位移角、地震力和樓層剪力相差最小，即其整體抗側剛度更均勻，抗震性能從均勻性上考慮與其他兩種結構體系更優越。