超限高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析

周軍

【摘要】剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種抗剪性能較好的結(jié)構(gòu)，在建筑中主要承擔豎直方向重力與水平方向荷載，設(shè)計時要考慮建筑施工的具體情況，既要安全合理，又要考慮經(jīng)濟問題，盡量避免豎向剛度突變，確保其剛度。針對超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見的一些問題，重點分析和討論并給出方法。

【關(guān)鍵詞】抗震等級；嵌固部位；墻體穩(wěn)定；約束邊緣構(gòu)件；連梁

1、超高層建筑的嵌固部位

多數(shù)單塔或多塔高層建筑帶有面積較大的地下室及層數(shù)不多的裙房，裙房可能相連形成大底盤。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）規(guī)定，高層建筑地下室結(jié)構(gòu)滿足一定條件時，地下室頂板可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。若不滿足規(guī)范要求，可將嵌固部位設(shè)置在基礎(chǔ)頂面。嵌固在地下室頂板的條件及要求：

（1）地下室頂板必須具有足夠的平面內(nèi)剛度，以有效傳遞地震基底剪力。地下室頂板應(yīng)避免開設(shè)大洞口；其樓板厚度不宜小于180mm，混凝土強度等級不宜小于C30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。

（2）結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。

（3）地下室結(jié)構(gòu)的相關(guān)范圍一般可從地上結(jié)構(gòu)（主樓、有裙房時含裙房）周邊外延不大于20m。

（4）地下室頂板對應(yīng)于地上框架柱的梁柱節(jié)點除應(yīng)滿足抗震計算要求外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定之一：

1）地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋不應(yīng)小于地上一層柱對應(yīng)縱向鋼筋的1.1倍，且地下一層柱上端和節(jié)點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應(yīng)大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。

2）地下一層梁剛度較大時，柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積應(yīng)大于地上一層對應(yīng)每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍；同時梁端頂面和底面的縱向鋼筋面積均應(yīng)比計算增大10%以上。

（5）裙房與主體結(jié)構(gòu)相連時，其嵌固部位應(yīng)隨同主體結(jié)構(gòu)，且應(yīng)滿足嵌固的有關(guān)要求；裙房與主體可采用不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，但應(yīng)加強連接，保證在地震作用下共同工作。

2、抗震墻厚度的確定

抗震墻截面厚度的確定與許多因素有關(guān)，其中平面外穩(wěn)定是十分重要的因素。在確定墻厚時，一部分設(shè)計人員認為抗震墻厚度必須滿足規(guī)范規(guī)定的最小高厚比要求，另一部分設(shè)計人員在任何情況下只要求墻厚僅滿足高層規(guī)程JGJ3-2002附錄D墻體穩(wěn)定計算公式。實際上這兩種做法都存在片面性。

一方面，如果嚴格遵守抗震規(guī)范GB50011-2010第6.4.1和高層規(guī)程JGJ3-2002第1，2，3，4款規(guī)定，會使一些層數(shù)不高但層高較高的建筑的抗震墻厚度過大。

實際上，規(guī)范規(guī)定最小墻厚的目的也是為保證抗震墻出平面的剛度和穩(wěn)定性能。對于工程設(shè)計中的一些特殊情況，不能機械地執(zhí)行規(guī)范條款，否側(cè)，不是墻過厚就是墻厚不滿足平面外穩(wěn)定的要求。應(yīng)該領(lǐng)會規(guī)范條款的意圖，對特殊情況作進一步的穩(wěn)定驗算。

在工程實踐中，規(guī)范規(guī)定的最小墻厚在兩種情況下不適用：一種是前面講的層數(shù)不多但層高較高的建筑，軸力不大的墻肢；另一種是層數(shù)較多、較高的建筑，軸力較大的墻肢，特別施因受傾覆力矩影響附加軸力較大的墻肢。比如80m以上的高層建筑中組合軸力較大的外墻、多肢墻的端墻肢或軸壓比較大的一字墻，如果按規(guī)范規(guī)定的最小墻厚確定墻厚，往往不能保證抗震墻平面外的剛度和穩(wěn)定性，有必要用高層規(guī)程JGJ3-2002附錄D抗震墻穩(wěn)定計算公式來校核。

3、抗震墻底部加強部位約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置

結(jié)構(gòu)試驗表明矩形截面抗震墻的延性比工字形或槽形截面差；計算分析表明增加墻肢截面兩端邊的翼緣能顯著提高墻的延性。因此，在矩形墻兩端設(shè)約束邊緣構(gòu)件不但能較顯著提高哦墻體的延性還能防止抗震墻發(fā)生水平剪切滑動提高抗剪能力。

工程設(shè)計中，我們可以遇到各種不同情況的抗震墻，抗震墻的受力特點和破壞模式也各不相同，因此對抗震墻底部加強部位的不同位置，應(yīng)根據(jù)具體受力情況不同，采用不同的加強措施，而不應(yīng)該設(shè)置相同的約束邊緣構(gòu)件。

（1） 抗震墻底部加強部位，剪跨比大于2的墻肢和兩側(cè)與一般連梁（跨高比大于2.5）相連的剪跨比不大于2的墻肢，當軸壓比大于規(guī)范規(guī)定時，墻肢兩端應(yīng)該設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。當與強連梁（跨高比不大于2.5）相連時，主要發(fā)生剪切破壞，彎曲變形較小，應(yīng)加強水平鋼筋并嚴格限制剪壓比，墻肢兩端不一定設(shè)置很強的約束邊緣構(gòu)件。

（2）設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的目的是為增加對壓區(qū)混凝土的約束，提高壓區(qū)混凝土的變形能力，增大抗震墻的延性，因此，約束邊緣構(gòu)件長度lc宜按相對受壓區(qū)高度ξ確定更合理。試驗結(jié)果表明，由于受壓區(qū)翼緣能有效地減小受壓區(qū)高度，因此，參數(shù)ξ比軸壓比能更準確地反映對延性的影響，利用ξ能更準確地描述約束邊緣構(gòu)件的合理長度。

4 、剪力墻結(jié)構(gòu)中連梁超筋處理

高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中連梁超筋是一種常見現(xiàn)象。連梁的超筋主要是部分連梁跨高比較小，剛度較大，造成連梁剪力過大，致使連梁抗剪能力不能滿足規(guī)范對連梁剪壓比的限值。連梁易超筋的部位，豎向樓層在一般剪力墻結(jié)構(gòu)中總高度的1/3左右的樓層；平面中當墻段較長時其中部的連梁，某墻段中墻肢截面高度（即平面中的長度）大小懸殊不均勻時，在大墻肢連梁易超筋。

連梁超筋時，可按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）第7.2.25條處理：

（1）減小連梁截面高度：

（2）抗震設(shè)計的剪力墻中連梁彎矩及剪力可進行塑性調(diào)幅，以降低其剪力設(shè)計值。但內(nèi)力計算時已經(jīng)按《高規(guī)》第5.2節(jié)第5.2.1條的規(guī)定降低了剛度的連梁，其調(diào)幅范圍應(yīng)當限制或不再繼續(xù)調(diào)幅，以避免在使用狀況下連梁中裂縫開展過早、過大，使用狀況內(nèi)力是豎向荷載及風荷載作用的組合內(nèi)力。當部分連梁降低彎矩設(shè)計值后，其余部位連梁和墻肢的彎矩設(shè)計值應(yīng)相應(yīng)提高；

（3）當連梁破壞對承受豎向荷載無大影響時，可考慮在大震作用下該聯(lián)肢墻的連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢應(yīng)按兩次計算所得的較大內(nèi)力配筋。

根據(jù)上述可在易超筋的部位連梁按鉸接處理進行整體計算，但應(yīng)注意按此種處理后計算結(jié)果層間位移比尚需滿足規(guī)范要求，或相差不應(yīng)太大。連梁按鉸接處理后，主要承受豎向荷載，施工時仍為整澆，上部鋼筋按構(gòu)造設(shè)置。

結(jié)語

（1） 高層建筑地下室結(jié)構(gòu)滿足一定條件時，地下室頂板可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。若不滿足規(guī)范要求，可將嵌固部位設(shè)置在基礎(chǔ)頂面。

（2）規(guī)范規(guī)定的抗震墻構(gòu)造最小高厚比限值并不適用任何情況，特殊情況時有必要按高層規(guī)程附錄D穩(wěn)定計算公式作補充驗算。這時應(yīng)該采用組合內(nèi)力計算，比應(yīng)注意提高抗震墻底部加強部位、角窗墻、部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)中落地墻等較重要部分的穩(wěn)定要求。

（3）抗震墻底部加強部位應(yīng)該按不同的受力情況和墻肢剪跨比，設(shè)置不同的約束邊緣構(gòu)件。約束邊緣構(gòu)件長度宜根據(jù)相對受壓區(qū)高度ξ確定更合理。

（4）對連梁內(nèi)力進行塑性調(diào)幅不宜大，否則小震時，就會有較多裂縫，當?shù)卣鹆^大時，可考慮連梁僅部分參加工作，若該連梁破壞時對承受豎向荷載無明顯影響，這時一般可采用減小連梁截面高度的設(shè)計方法。

參考文獻：

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