高層住宅剪力墻結構優(yōu)化處理

【摘 要】本文介紹了高層住宅剪力墻的特點以及分類，提出了設計中需注意的幾個問題，總結了優(yōu)化高層建筑剪力墻結構設計的措施。

【關鍵詞】高層住宅；剪力墻；結構設計；措施

【Abstract】This article describes the characteristics of high-rise residential and shear classification proposed design should pay attention to several issues， summarized optimization measures shear wall structure tall building design.

【Key words】Rise residential；Shear；Structural design；Measures

剪力墻結構是由一系列縱向、橫向剪力墻及梁、板所組成的空間結構，承受豎向荷載和水平荷載，是高層建筑中常用的結構形式。由于縱向、橫向剪力墻在其自身平面內的剛度都很大，在水平荷載的作用下，側移較小，因此這種結構抗震及抗風性能都較強，適宜于建造層數(shù)較多的高層建筑。結構工程師應該在剪力墻設計中把握要點，使結構安全、經濟。

1. 高層住宅剪力墻的特點及分類

剪力墻是一種用來抵抗側向力比較好的單元，它可以是完全由剪力墻來抵抗側力的一種剪力墻結構，也可以是和框架共同組成的框架-剪力墻的結構。剪力墻具有比較大的剛度，在結構中通常承受大部分的水平力，成為一種比較有效的抗側力的結構，在地震區(qū)的高層建筑中設置剪力墻或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墻根據(jù)是否開洞以及開洞的大小可以分為以下幾個類型。

（1）實體墻所謂實體墻就是指沒有開洞或者開洞的面積小于整個墻體面積的15%。其受力的特點是就像一個懸臂墻。它的彎矩圖既沒有突變，也沒有反彎點，整個墻體的變形是以彎曲型為主。

（2）整體的小開口剪力墻這主要是指開孔的面積雖然大于整個墻體面積的15%，但是仍然屬于小面積開孔的墻體，其受力的特點就是彎矩圖在連接梁的地方發(fā)生突變，在高度上沒有反彎點，或者是僅僅在個別的樓層才有反彎點。

（3）雙肢或者多肢剪力墻所謂的雙肢或者多肢剪力墻主要是說開洞比較大的或者洞口成列布置的墻體。它的受力特點是和整體的小開口的剪力墻相類似的。

（4）壁式框架壁式框架是指洞口的尺寸相對比較大，而連接梁線的剛度和墻肢線的剛度比較接近的墻體。其受力特點是彎矩圖在樓層的地方發(fā)生突變，而且在大多數(shù)的樓層中都會出現(xiàn)反彎點。

2. 高層住宅剪力墻設計中需注意的幾個問題

（1）在運用軟件進行計算機輔助設計時，應根據(jù)實際情況調整軟件的各項參數(shù)及簡化模型，使其最大限度地反映實際工程的情況，盡可能地使其計算結果與實際模型相一致。了解各參數(shù)的實際意義，合理設置各參數(shù)。對于整體性系數(shù)較大的短肢墻，應盡可能使其肢強系數(shù)小，這樣的結構在水平反復荷載作用下耗能能力強。

（2）工程設計不能迷信計算機的計算結果，更不能因某一部分的計算結果有誤差就全盤否定計算軟件，只有在實踐中逐步了解軟件并在工作中避免其產生誤差，這樣才能使我們的設計更安全，更合理。

（3）要充分利用梁、墻等構件可任意偏心布置的特點，盡可能避免近距離的軸線和節(jié)點，提高計算精度。如節(jié)點距離過近，可能會引起后面計算出錯，同時應注意構件偏心布置時偏心不能太大，尤其不能跨節(jié)點或軸線。

（4）SATWE程序中，在各種抗震等級下，墻的內力放大系數(shù)均是隱含值，但作為設計者，應清楚這些系數(shù)的取值。

（5）合理確定連梁和墻肢的強度，要確保連梁的屈服先于墻肢的屈服。和框架結構一樣，短肢剪力墻的設計也要遵循“強柱弱梁，強剪弱彎”的原則。

（6）對由軟件計算的結構進行合理分析與判斷。

（7）在進行短肢剪墻結構整體設計時，必須要重視概念設計，使房屋各項指標都滿足“抗震規(guī)范”及“高層建筑混凝土結構技術規(guī)程”的要求。

3. 優(yōu)化高層建筑剪力墻結構設計的措施

（1）避免出現(xiàn)獨立小墻肢與剪力墻剛度不宜過大《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（簡稱《高規(guī)》）中規(guī)定：“矩形截面獨立墻肢的截面高度不宜小于截面寬度的5倍?！币坏┏霈F(xiàn)上述情況，對墻肢軸壓比、配筋等都有嚴格的限制，設計施工都比較困難。在實際設計中，獨立小墻肢基本上可以通過合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墻，使小墻肢成為墻體翼緣，其受力狀態(tài)明顯好于獨立小墻肢，僅適當加強配筋即可。同時剪力墻結構應具有足夠的延性，細高的剪力墻容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。

（2）注重轉換層結構設計高層建筑功能和形式日益多樣化，當多功能綜合大樓要求一棟建筑物的上部（中部）和下部使用功能不同時，結構布置也要相應改變，要設置轉換構件銜接上下結構，傳遞內力，設置轉換構件的樓層稱為轉換層。因此，對于高位轉換的底部大空間剪力墻結構這樣的復雜結構，應當慎重設計。由于高位轉換時剛度和質量較大的轉換層升高，調整轉換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，轉換層本身的剛度和質量不宜大，最終可通過水平力作用下精確的空間分析檢查轉換層附近的層間位移角是否基本均勻。宜盡量選用剛度和重量較小的轉換層結構形式，計算時應多取參與組合的振型數(shù)。通過計算仔細分析可能存在的薄弱部位，研究具體的內力分配特點，通過調整內力和構件配筋設計改善薄弱部位的性能。

（3）優(yōu)化連梁設計根據(jù)《高規(guī)》在連梁設計方面的規(guī)定，對于連梁非抗震及抗震設計時高跨比大于2.5及小于2.5兩種情況，在截面受剪承載力及配筋方面有不同規(guī)定。為此應將連梁進行塑性調幅，以降低剪力設計值。塑性調幅可采用兩種方法：一是在內力計算前將連梁剛度進行折減；二是在內力計算之后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)。無論采用何種方法，連梁調整后的彎矩、剪力設計值不應低于使用狀況的值，也不宜低于比設防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設計值，以避免在正常使用條件下或較小的地震作用下連梁出現(xiàn)裂縫。同時要注重連梁的鉸接處理。

（4）底部加強部位的設計在剪力墻設計時，一般高層剪力墻結構，底部加強部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/10和底部兩層高度二者的較大值；底部帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位的高度可取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/10二者的較大值。當將地下室頂板視作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時將影響到地下1層，此時地下1層的抗震等級不能降低，加強部位的范圍應向下延伸到地下1層，并應按規(guī)范要求在地下1層設置約束邊緣構件。

（5）剪力墻結構的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設計振動臺模擬地震試驗結果表明建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、底部外圍的小墻肢、連梁等是剪力墻結構的抗震薄弱環(huán)節(jié)。當有扭轉效應，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂；在地震作用下，高層剪力墻結構將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴重；在剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞的可能性增加。因此，在剪力墻結構設計中，對這些薄弱環(huán)節(jié)，更應加強概念設計和抗震構造措施。例如，剪力墻在平面上分布要求均勻，使其鋼度中心和建筑物質中心盡量接近，以減小扭轉效應；適當增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度（宜取250mm，對低部外圍的小墻肢根據(jù)需要可取用300mm），加強墻肢端部的暗柱配筋，嚴格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6，以提高墻肢的承載力延性，高層結構中連梁是一個耗能構件連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，設計時應注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞；剪力墻宜在兩個方向均有梁與之拉結，連梁宜布置在各肢的平面內，避免采用“一”字形墻肢；剪力墻底部加強部位的配筋應符合規(guī)范要求等。

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[文章編號]1619-2737（2015）03-18-327