高層剪力墻住宅的結構設計

李 慧 琛

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

0 引言

近十年，太原市發展日新月異，尤其在城市基礎建設方面是一天一個變化，城中村改造、棚戶區改造的進行使城市高層住宅越來越多，體量也越來越大，由此帶來的問題是圖紙設計的時間越來越少。如何在較短的時間內設計出既經濟又安全的剪力墻住宅是結構工程師的一大問題，在經濟與安全兩個相互矛盾的問題上找出一個平衡點，是結構工程師應該做到的。以下幾點是筆者對高層剪力墻結構的一些個人理解，愿與各位結構工程師一起探討。

1 剪力墻

對于高層剪力墻住宅來說，鋼筋混凝土墻是最重要的豎向構件，厚度一般為200 mm～400 mm之間，它具有承載力大和平面內剛度大等優點，但也有剪切剛度大、平面外相對薄弱的缺點，所以墻體的布置方式及位置很關鍵，這直接影響整個樓座的質心及剛心的位置所在。當質心和剛心基本重合的情況下，剪力墻受力均勻，配筋相對合理，位移也比較好控制。因此，并不是剪力墻布置的越多越好，剪力墻過多，吸收地震力也大，計算難以滿足。所以，如何正確合理的布置剪力墻，才是高層剪力墻住宅結構設計的關鍵。

1.1 剪力墻位置要求

在剪力墻高層住宅中，樓座外墻要布置比較長的剪力墻，這樣會使整個樓座的整體剛度比較好，而且會很好的控制樓座扭轉。電梯井道(最好全部設置剪力墻，也會方便施工)、樓梯間也要布置剪力墻，這一部分屬于樓座薄弱區，布置剪力墻后不僅對樓座剛度有好處，而且不影響住宅功能的使用。住宅高度大于24 m的住宅屬于高層建筑，一般情況，24 m～60 m的高層住宅功能房間剪力墻布置遵循隔一布一，不要所有墻體都布置剪力墻，這樣既經濟，又不會使樓座剛度過大，墻體厚度以200 mm為宜。80 m～100 m高層住宅功能房間剪力墻盡可能多的布置剪力墻，只要不影響建筑功能的使用，墻體厚度以200 mm最好，墻體長度盡可能長，底層墻體軸壓比不滿足規范要求或者墻體抗剪不足時，可局部提高混凝土強度。用高強混凝土時應根據當地實際情況，不要出現混凝土供應不足的問題，但也不要高過C60。60 m～80 m的高層住宅介于兩者之間，計算決定。

1.2 剪力墻長度要求

剪力墻長度不易過長，截面高厚比一般大于8，墻體長度也不宜大于8 m，墻體長度大于8 m以后對計算沒有什么實際意義，施工保養不好時也會面臨墻體開裂的問題，解決方法是在墻體中間開結構洞口，結構洞處連梁及洞口約束邊緣構件(構造邊緣構件)按規范要求設置。截面高厚比介于4～8屬于短肢剪力墻，一般情況，當剪力墻結構中由短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構底部總地震傾覆力矩的40%～50%時，可以判定是短肢剪力墻較多的剪力墻結構。短肢剪力墻結構不是很好的結構類型，其承載能力、抗側向剛度不足，延性很差，一旦結構出現問題，短肢剪力墻會首先破壞，并可能發生樓板的連續倒塌，住宅高度低時可以適當設置，住宅高度比較高時應避免設置，由于建筑功能不得不設置時，應采取應有的措施，軸壓比及墻體配筋率的要求會相應提高，必要時墻體內可加入型鋼來增大短肢剪力墻的側向剛度與強度。高厚比小于4的墻體可按框架柱構造設計，但應盡量避免，如必須設置時應構造加強，提高墻體配筋率。

1.3 剪力墻特殊構造要求

高層剪力墻開洞位置應上下對齊，可允許少量洞口局部上下不對齊，但應采取相應構造加強措施，如錯開洞口兩側設加強暗柱并提高暗柱的豎向配筋率及箍筋的體積配箍率。高層剪力墻住宅開設轉角窗也是經常遇到的情況，角部取消剪力墻，不僅減弱了結構的整體抗扭剛度和抗側力剛度，而且使角窗周圍的剪力墻內力增大，配筋增大，造成浪費。從計算角度來說，此處位移也會很大，高層盡量不要采用。如必須設置時，我們不僅要滿足計算要求，在構造方面，也要有一些特殊處理，比如通高設置約束邊緣構件，增設角部寬扁梁，轉角處樓板厚度不小于150 mm，并按0.25%設置雙層雙向配筋。如果底部剪力墻厚度大于200 mm時，我們應根據計算結果(滿足位移、配筋)由下至上逐漸減到200 mm厚，以滿足變剛度要求。加強區高度范圍內墻體厚度盡量統一，建筑高度大于80 m，最好設置剪力墻過渡層。

2 梁

梁的位置是根據建筑條件設置的，原則上有砌塊墻體下均應布梁。其中，客廳上空禁止設梁(除非結構計算要求)，梁一般按400 mm考慮，當梁承載力不足或位移過大時，室內梁高可做到門頂(過道梁除外)，外墻梁可按建筑大樣通高設置。在整體計算位移時，框架梁、次梁與墻連接時均可按固結考慮，連梁剛度可不折減，但配筋時梁與墻體垂直布置時應按鉸接、連梁剛度折減考慮(此舉是為了減小連梁的內力設計值、降低梁的承載力，讓連梁兩側墻體剛度變大，增大配筋，增加結構的安全度)。為了滿足位移、周期，連梁會做的很大，有時跨高比會小于2.5，連梁超筋過多(高層住宅80 m～100 m)是結構設計師經常遇到的問題，也很難解決，但連梁是耗能構件，當地震發生時，連梁是首先破壞的部位，以保證其他構件的安全，所以不要過多擔憂，超筋連梁只需按照連梁最大配筋率配置即可，連梁的混凝土強度同相鄰墻體的混凝土強度，設計時應特殊標注。當梁與墻按固結設置時，應設置約束邊緣構件(構造邊緣構件)或扶壁柱(條件允許的條件下)。陽臺挑梁配筋應按照計算結果適當放大，通常為計算配筋的1.5倍。

3 板

樓板布置一般注意以下幾點：首先，作為上部結構嵌固部位的地下室樓層的頂板厚度不小于180 mm，應采用雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%。如果是基礎嵌固的話，地下室樓層的頂板厚度不小于160 mm，應采用雙層雙向配筋，配筋率滿足混凝土規范要求。大屋頂厚度不應小于120 mm，雙層雙向配筋。電梯前室由于設備管線的安裝，樓板厚度不小于120 mm，同樣雙層雙向配筋，這點很重要，一般結構設計師容易遺漏。其次，標準層其余樓板作為很重要的水平支撐構件，板配筋最好先按最小配筋率雙層雙向設置，不夠處附加鋼筋。

4 基礎

24 m～60 m高層住宅由于重力荷載比較小，可采取復核地基。60 m～100 m高層住宅由于重力荷載比較大，可采取樁基礎，樁基礎對于控制基礎沉降非常好。當然，如果地基非常好的話，均可采用天然地基。

5 結語

高層剪力墻住宅是目前最普遍的結構體系，以上4點設計要求是結構工程師應該首先重點關注的，也是最基本的。概念設計是基礎，計算是輔助，結構方案的正確合理永遠大于繁瑣的計算。