高層住宅窗底墻與窗間墻脫縫對結構設計優化的作用

李 海 峰

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

目前，大城市寸土寸金的現象導致越來越多高層住宅的出現，對結構設計優化的要求越來迫切。針對高層住宅剪力墻結構設計，下面對其窗底墻與窗間墻脫縫與不脫縫兩種方案進行比較，探討脫縫方案的合理性與優化性。

1 兩種方案簡述

依據GB 50011—2010建筑抗震設計規范(2016年版)3.5.3.3條，結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近，也就是要求兩個主軸方向的剛度比較接近，然而目前大多數住宅的平面寬度B與長度L往往相差很大。要使不同尺寸的兩個方向剛度接近，這就要求結構設計對模型優化以達到寬度B與長度L方向剛度相近的要求(見圖1)。

如圖2所示，將窗間墻與窗底墻鋼筋斷開，設置施工縫，則剪力墻連梁高度為h1，如圖3所示，窗間墻與窗底墻為整體澆筑，鋼筋左右拉結為整體，則剪力墻連梁高度為h1+h2，如圖3所示，連梁的剛度大于如圖2所示連梁的剛度。

2 方案分析

混凝土結構的概念設計力求做到“強剪弱彎，強柱弱梁”，即對于剪力墻結構來說，單個構件墻、連梁都應做到強剪弱彎，對于整體結構來講，強豎向構件，弱水平構件。剪力墻結構應具有延性，對于高寬比大于3的細高剪力墻，其破壞形式基本為具有延性的彎曲破壞。但是對于比較長的墻來講，需通過開設洞口分割長墻，且在分割墻段洞口上方設置約束彎矩較小的連梁，因為如果墻段的橫截面高度很大，墻段受彎后產生的裂縫很大，墻體配筋容易拉斷。由此可以得出，由于對墻段的裂縫限制，必須對墻段的長度(墻段的橫截面高度)嚴格限制，由于對整體結構“強豎向構件，弱水平構件”概念設計的控制，要求連梁的剛度應該大大小于墻體的剛度，所以從概念設計上來講，弱化連梁剛度在結構方案設計中顯得尤為重要。

從規范來講，《高層建筑混凝土結構技術規程》中提到弱化連梁剛度的辦法有三種，一是在內力計算前就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，兩種方法的效果都是減小連梁內力和配筋，為了避免在正常使用條件下或較小的地震作用下在連梁上出現裂縫，無論用什么方法，連梁調幅后的彎矩、剪力設計值不應低于使用狀況下的值，也不宜低于比設防烈度低一度的地震作用組合所得的彎矩、剪力設計值，因此建議，一般情況下，調幅后的彎矩不小于調幅前按剛度不折減計算的彎矩的80%(6度～7度)和50%(8度～9度)，并不小于風荷載作用下的連梁彎矩。當以上兩種措施都不能解決問題時，允許采用第三種方法處理，即假定連梁在大震下剪切破壞，不再能約束墻肢，因此可考慮連梁不參與工作，而按獨立墻肢進行第二次結構內力分析，它相當于剪力墻的第二道防線，這種情況往往使墻肢的內力及配筋加大，可保證墻肢的安全。

綜上所述，對于剪力墻結構的設計，以上三種處理辦法，均為弱化連梁在設計中抵抗水平方向荷載的作用，且加強豎向構件在抵抗水平方向荷載方面的作用。然則如圖2所示，在具體的民建住宅工程設計中，窗底墻與窗間墻之間脫縫的處理辦法，則大大的降低了連梁的有效高度，不需要折減連梁剛度，就可直接將整體結構抵抗水平方向荷載的部分能力由連梁轉移到豎向構件，這樣在配筋計算時就直接加強了豎向構件，且構件配筋符合結構體系的實際工況，弱化連梁的作用，對大震作用下結構體系的第二道抗震防線也有所加強。例如，太原市某高層剪力墻住宅設計中采用了窗底墻與窗間墻脫縫的處理辦法，大大優化了模型，提高了該剪力墻結構的抗震能力。

3 結語

通過以上分析，我們可以得出，高層剪力墻住宅結構中使用窗底墻與窗間墻脫縫處理的辦法，大大弱化了剪力墻結構體系中連梁的作用，這不僅符合混凝土結構的概念設計的方法，而且與JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程中的條文解釋也是一脈相承的。

[1] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范(2016年版)[S].

[4] GB 50068—2001，建筑結構可靠度設計統一標準[S].