高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

胡 燕

(山西省陽泉市康德建筑工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

胡 燕

(山西省陽泉市康德建筑工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

結(jié)合高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定，分析了剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題，并以某工程為例，從結(jié)構(gòu)計(jì)算、獲取信息、繪制施工圖等方面，闡述了高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，以確保結(jié)構(gòu)的安全性。

高層建筑，剪力墻，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工圖

隨著人們對高層住宅的要求越來越高，框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足人們在平面與空間上的使用要求，而純剪力墻結(jié)構(gòu)既可以保證結(jié)構(gòu)安全可靠，又可以使室內(nèi)空間墻面平整，所以高層建筑中越來越多的采用純剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置靈活，抗震性能好，國內(nèi)外震害表明，在遭遇強(qiáng)烈地震時(shí)，由于其整體剛度大，側(cè)向變形小，極少造成倒塌。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定

1.1 剪力墻的平面布置

剪力墻平面布置的時(shí)候，宜簡單、規(guī)則，質(zhì)量、剛度和承載力分布宜均勻。除平面均勻外，剪力墻的豎向布置也應(yīng)該規(guī)則、均勻，側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。厚度也應(yīng)沿高度均勻變化，厚度取值根據(jù)層高確定，應(yīng)盡量在結(jié)構(gòu)底部設(shè)置較厚剪力墻。剪力墻不宜過長，墻段長度不宜大于8 m。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免單向布置剪力墻，宜使各主軸方向側(cè)移剛度相近，且剪力墻間距及長度也應(yīng)盡量均勻。結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上、下連續(xù)貫通。表現(xiàn)在設(shè)計(jì)結(jié)果中，即結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特征(周期和振型)宜相近。

1.2 剪力墻的洞口設(shè)置

剪力墻的洞口設(shè)置宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)不宜采用上下洞口不對齊的錯(cuò)洞墻，全高均不宜采用洞口局部重疊室外疊合錯(cuò)洞墻。其中跨高比不小于5的連梁宜按框架梁設(shè)計(jì)。

1.3 剪力墻的構(gòu)造措施

抗震構(gòu)造措施是施工圖階段必須滿足的部分，應(yīng)充分重視。剪力墻兩端和洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，一、二、三級剪力墻底層墻肢底截面的軸壓比大于高規(guī)表7.2.13規(guī)定的限值時(shí)，應(yīng)在底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，且約束邊緣構(gòu)件應(yīng)伸至計(jì)算嵌固端，除此之外，剪力墻應(yīng)按規(guī)范設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要控制的目標(biāo)參數(shù)主要有如下七個(gè)：軸壓比、剛度比、剪重比、位移比、周期比、剛重比以及層間受剪承載力之比。結(jié)構(gòu)的延性主要體現(xiàn)在對軸壓比的要求上。

樓層最小剪重比在某種程度上反映了結(jié)構(gòu)的剛?cè)岢潭龋瑧?yīng)控制在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)整體剛度的適中。剛度比主要控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。位移比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)，避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。周期比為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的另一個(gè)重要指標(biāo)，依照經(jīng)驗(yàn)，如果周期比滿足要求時(shí)，位移比也會(huì)有很好的改善，但改善與滿足要求還是有區(qū)別的，有時(shí)候周期比已經(jīng)控制的很好了，但有些個(gè)別部位的位移比還是不能夠滿足要求，仍需要我們?nèi)€(gè)別調(diào)整。剛重比主要控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)在風(fēng)載或者地震力的作用下整體失穩(wěn)。層間受剪承載力主要為控制豎向不規(guī)則性，以免豎向樓層受剪承載力突變，形成薄弱層。

上述這些目標(biāo)參數(shù)，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，盡可能控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，如果有不滿足的可用程序或人工調(diào)整。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分析

某建筑工程為高層住宅，平面布置呈細(xì)腰，兩個(gè)單元左右對稱布置，戶型大小各異，每層中有A，B，C，D四種不同面積的結(jié)構(gòu)戶型。

3.1 建筑結(jié)構(gòu)總信息

1)結(jié)構(gòu)信息。該工程位于山西陽泉，是高層住宅。結(jié)構(gòu)類型為純剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。工程地上主體住宅部分21層，地下室4層，其中最底下2層為人防層，人防等級為甲類核6級常6級二等人員掩蔽工程，無裙房和轉(zhuǎn)換層，地上主體高度為64.85 m。取地上2層作為剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)，約束邊緣構(gòu)件范圍自地下1層起到地上3層止，嵌固端在-1層頂。其中混凝土容重為27 kN/m3，鋼材容重為78 kN/m3，鋼筋全部選用HRB400。豎向荷載計(jì)算采用施工模擬三。計(jì)算水平地震作用。

2)風(fēng)荷載和地震信息。該工程場地類別為Ⅱ類，地面粗糙度為B類，修正后的基本風(fēng)壓w0=0.40 kN/m2，舒適度驗(yàn)算用基本風(fēng)壓0.30 kN/m2，承載力設(shè)計(jì)時(shí)的風(fēng)荷載效應(yīng)放大系數(shù)取1.1。該工程地震烈度為7度(0.10g)，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，剪力墻抗震等級為三級。特征周期Tg=0.40 s，結(jié)構(gòu)基本周期Tx=1.60 s，Tx=1.56 s，地震影響系數(shù)最大值αmax1=0.08，罕遇地震影響系數(shù)最大值αmax1=0.50。周期折減系數(shù)為0.90，結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.05。

3)計(jì)算控制信息。根據(jù)規(guī)范要求：中梁剛度放大系數(shù)取2.0，邊梁剛度放大系數(shù)取1.5，連梁剛度折減系數(shù)取0.7，梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)取0.85，梁設(shè)計(jì)彎矩增大系數(shù)取1.00。整體指標(biāo)計(jì)算采用強(qiáng)剛，其他計(jì)算采用非強(qiáng)剛。

4)荷載取值。商店、人流密集時(shí)樓梯:3.5 kN/m2;挑出陽臺(tái)、衛(wèi)生間/走廊、門廳、樓梯:2.5 kN/m2;辦公室、起居、廚房、上人屋面:2.0 kN/m2;電梯機(jī)房:7.0 kN/m2;不上人屋面:0.5 kN/m2;施工或檢修集中荷載:0.5 kN;樓梯、陽臺(tái)和上人屋面欄桿頂部水平荷載:0.5 kN/m;地下室外墻地面荷載:10 kN/m;人防荷載根據(jù)人防等級按規(guī)范進(jìn)行取值。

5)地下室信息。土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)為30 MN/m4,室外地坪標(biāo)高-0.65 m，地下水位標(biāo)高-11.00 m。

3.2 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

將結(jié)構(gòu)模型盡可能準(zhǔn)確的輸入到計(jì)算軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)豎向較規(guī)則，試算時(shí)可只建一個(gè)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層，待結(jié)構(gòu)的周期比、位移比、剪重比、剛度比等相對滿足之后再添加其他標(biāo)準(zhǔn)層。由于建筑平面呈細(xì)腰形平面布置，故而在“細(xì)腰”位置加強(qiáng)樓板，或者設(shè)置連接梁或連接板。其他部位基本對稱布置剪力墻，盡量少或不布置短肢剪力墻。洞口設(shè)置盡可能滿足建筑的使用要求，如有局部洞口連梁出現(xiàn)剪力超限的情況，可采用削弱連梁剛度的辦法進(jìn)行調(diào)試。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析

本工程計(jì)算結(jié)果顯示，剛度比、剪重比、周期比、剛重比、層間受剪承載力比均滿足要求，軸壓比、周期比、位移比不滿足要求。軸壓比為局部不滿足，可通過增大該部位剪力墻截面，或提高該層剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級加以改善，效果顯著。周期比不滿足，第三振型扭轉(zhuǎn)，但扭轉(zhuǎn)系數(shù)不理想，通過采用“加強(qiáng)外圍結(jié)構(gòu)剛度”和“削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部剛度”的方法進(jìn)行調(diào)整，周期比0.89，滿足規(guī)范要求。位移比不滿足時(shí)，可通過程序的節(jié)點(diǎn)搜索功能在計(jì)算軟件的“分析結(jié)果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構(gòu)件編號簡圖”中快速找到位移最大的節(jié)點(diǎn)，增大最大位移處的構(gòu)件剛度，減小最小位移處的構(gòu)件剛度，直到位移比小于1.5，控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3.4 施工圖的繪制

當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)都調(diào)整合適之后，就可以進(jìn)行施工圖的繪制了。使用軟件進(jìn)行施工圖繪制時(shí)，要對繪圖參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置，尤其是一些構(gòu)造方面的要求。軟件自動(dòng)生成的施工圖很少能具體采用，還需根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行人工試算和調(diào)整，注意規(guī)范對此的具體構(gòu)造要求。例如剪力墻墻身選筋參數(shù)中的墻身豎向分布筋優(yōu)選參數(shù)，以及約束邊緣構(gòu)件的箍筋樣式設(shè)置等等。還有一些需要在繪圖中人工調(diào)整的，例如地下室外墻邊緣構(gòu)件，其箍筋不僅要滿足本身要求，還不得小于外墻墻體的水平筋配筋量。

4 結(jié)語

剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑工程中廣泛使用，因此掌握好剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，把握好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性(是否方便施工)、經(jīng)濟(jì)性(經(jīng)濟(jì)配筋率、軸壓比范圍)，在設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)每個(gè)工程的實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其是將文中提到的七個(gè)比值控制在規(guī)范允許的合理范圍內(nèi)，這樣的結(jié)構(gòu)模型就是合理的，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是可行的、經(jīng)濟(jì)的。

[1] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與合理構(gòu)造[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] 方 勇.談SATWE軟件計(jì)算多高層結(jié)構(gòu)的步驟[J].建筑結(jié)構(gòu)·技術(shù)通訊，2010(7)：26-27.

The structure design of high-rise building shear wall

Hu Yan

(ShanxiYangquanKangdeArchitecturalEngineeringDesignLimitedLiabilityCompany,Yangquan045000,China)

Combining with the general requirements of high-rise building shear wall structure design, this paper analyzed the key problems of shear wall structure design, and taking a engineering as an example, from the structure calculation, getting information, construction graph drawing and other aspects, elaborated the design method of high-rise building shear wall structure, to ensure the structure safety.

high-rise building, shear wall, structure design, construction graph

1009-6825(2017)02-0056-02

2016-11-02

胡 燕(1979- )，女，工程師

TU973

A