高層建筑剪力墻結構的抗震設計研究

姚志剛

浙江施朗龍山工程設計有限公司上海分公司 上海 200000

引言

當前高層建筑越來越普遍，有效解決了城市建筑用地面積不足問題，在施工建設中應該予以高度關注。對于高層建筑的設計而言，其必然也面臨著較高的難度，尤其是因為整體高度較為突出，容易導致一些不穩定現象出現，應該切實圍繞著整個高層建筑結構進行全面優化，以求體現更強安全性能。基于此，針對高層建筑的抗震性能進行優化設計也就顯得極為必要，剪力墻結構體系作為當前高層建筑中比較常用的基本類型，如何優化抗震設計成為極具研究價值的核心問題。

一、項目概況

吉林歐亞城市商業綜合體B1住宅樓由吉林歐亞置業有限公司建設，該項目位于吉林省吉林市南部新城，總建筑面積20438.96平方米，其中地上19545.65平方米，地下893.31平方米。項目地上33層，地下1層，室內外高差450mm，主要建筑物高度98.450m。吉林歐亞城市商業綜合體B1住宅樓為典型的高層建筑，選用剪力墻結構體系，根據相關規范要求以及項目所處區域實際狀況，項目抗震設防烈度為7度，基本地震加速度為0.10g，場地土類別為二類，特征周期值為0.35s。項目剪力墻抗震等級二級，抗震構造措施為二級。

二、高層建筑剪力墻結構抗震設計要求

（一）關注樓層最小剪力系數

在高層建筑剪力墻結構抗震設計中，剪力墻的布置尤為關鍵，一般為了更好維系高層建筑結構的穩定性，需要盡量減少超長剪力墻，避免應力集中，并且在剪力墻設置中應該盡量使剪力墻布置均勻，如此可以較好的提升其側向剛度。在高層建筑剪力系數調整時，應該盡量促使最小剪力系數符合相關規范要求。基于這種最小剪力系數調整方面的要求，不僅僅可以有效降低整個高層建筑剪力墻結構的自重，往往還能夠有效控制造價，優化整體剪力墻結構體系。

（二）關注樓層間最大位移和層高比值

高層建筑剪力墻結構抗震設計還需要考慮到樓層間最大位移和層高的比值，這也是決定高層建筑結構穩定性的重要因素。在高層建筑遭遇地震危害時，樓層間扭轉和剪切變形不容忽視，也是需要在抗震設計中優先考慮的重要因素。為了較好實現扭轉變形和剪切變形的控制，豎向構件的合理設置極為關鍵，但是應該避免隨意增加豎向構件，同時還需要促使其具備較強的合理性，保障布局較為科學，層高的設置也需要嚴格控制，進而也就可以在降低層間變形程度的基礎上優化整體抗震性能。

（三）關注連梁超限

高層建筑剪力墻結構抗震設計往往還需要考慮到連梁的應用狀況，對于連續梁跨高比進行嚴格控制，如果連續梁跨高比不大于2.5，則很可能導致剪力墻結構體系不夠穩定，超出極限要求，需要在連梁設置中確保其大于2.5。對于連續梁進行設計還需要充分考慮到彎矩以及剪力作用狀況，對于可能出現超限問題進行詳細分析，按照相關規范要求進行有效折減，但是在折減時需要重點關注連續梁的跨高比，避免存在不當構件。比如當連續梁跨高比處于5-6之間時，連續梁剛度往往需要進行折減處理，以確保彎矩和剪力值符合要求。

三、高層建筑剪力墻結構抗震設計要點

（一）明確抗震規范

在高層建筑剪力墻結構抗震設計中，為了更好提升整體抗震性能，首先需要關注各個規范和標準的要求，嚴格按照相關極限范圍以及具體參數要求進行處理，避免在抗震設計中出現嚴重超限問題，對于整體抗震性能要求也需要提前明確。比如在吉林歐亞城市商業綜合體B1住宅樓剪力墻結構設計中，就首先根據相關規范以及當地條件，規定抗震設防烈度為7度，剪力墻抗震等級二級，抗震構造措施為二級，為后續具體抗震設計工作定好基調。在具體抗震設計工作開展中，往往還需要充分遵循《建筑抗震設計規范GB50011-2010》以及《高層建筑混凝土結構技術規程》等要求，確保剪力墻結構設計方案的各項數值較為合理可行。

（二）強剪弱彎

對于高層建筑剪力墻結構抗震設計工作而言，為了更好提升整體穩定性，注重構造強剪弱彎的剪力墻構件同樣也至關重要，有助于降低剪力墻結構出現脆性剪切破壞幾率。基于此，在高層建筑剪力墻結構設計中需要適當增大底部加強部分剪力設計值，促使其能夠具備更強抗剪能力，體現出較為理想的整體抗震性能。在具體剪力墻底部加強部位剪力設計值增大處理時，往往需要嚴格按照《建筑抗震設計規范GB50011-2010》來執行。這種強剪弱彎方式的有效設置往往還需要充分考慮到抗剪配筋設計，促使整體結構受力性能得到更好優化，對于配筋狀況予以切實優化調整。

（三）底部塑性鉸區設計

從高層建筑剪力墻結構遭遇地震作用時的破壞機制進行分析，往往塑性鉸區是需要高度關注的部位，該部位很容易在反復荷載作用下出現損壞現象，尤其是對于最為常見的剪切破壞，更是需要予以積極規避，在設計方案中進行優化防控。因為塑性鉸區一般處于剪力墻底部彎矩較大區域，相應剪力較大，如果相關設計方式不合理，就容易被剪力影響，如此也就需要采取必要措施予以加強處理，促使其具備更強承受能力。一般而言，剪力墻結構底部塑性鉸區的優化設計往往需要注重提升其彈塑性變形能力，以此為著眼點來進行各個參數優化。在具體參數設置中同樣也需要遵循《建筑抗震設計規范GB50011-2010》的具體要求，保障加強處理較為適宜合理，能夠符合整體高層建筑剪力墻結構加強優化需求，在條件允許的前提下，應該適當促使相關參數能夠更好保障其彈塑性變形能力，具備更強剪力應對效果。

（四）軸壓比設計

高層建筑剪力墻結構抗震設計還需要考慮到軸壓比，以此促使剪力墻結構體系能夠具備更強延性。在剪力墻結構的應用中，如果受壓區高度過大，則很容易導致剪力墻結構體系出現不穩定問題，基于該方面問題，可以從剪力墻截面入手進行優化設置。但是因為剪力墻結構截面相對較為復雜，對于受壓區高度的有效控制帶來了較大難度，如此也就需要采取必要措施來限制軸壓比，確保軸壓比能夠較好符合結構體系穩定性要求。在相關軸壓比的計算分析中，設計人員可以借助于《建筑抗震設計規范GB50011-2010》中有關于剪力墻截面平均軸壓比簡化計算方法，確定最大軸力設計值，同時兼顧高層建筑剪力墻結構的抗震等級要求，最終優化整體剪力墻結構受壓區高度，降低地震危害程度。

（五）邊緣構件設計

高層建筑剪力墻結構抗震設計中還需要充分借助于邊緣構件進行優化，靈活運用構造邊緣構件以及約束邊緣構件，促使剪力墻結構體系更為穩定可靠。一般而言，構造邊緣構件相對于約束邊緣構件不具備較強的混凝土約束力，箍筋的設置相對比較少，應該結合不同剪力墻構件受力特點進行靈活布置。比如在剪力墻構件應用中受壓區高度較大，或者是軸壓比相對不符合規定，則需要有效借助于約束邊緣構件進行恰當布置，促使相應剪力墻結構能夠具備相匹配的抗震性能。在具體邊緣構件應用尺寸以及具體參數設置上，應該嚴格按照《建筑抗震設計規范GB50011-2010》6.4.5條的要求執行，最大程度上提升約束邊緣構件的作用價值，促使剪力墻結構的延性可以得到優化。

（六）墻肢截面尺寸設計

高層建筑剪力墻結構抗震設計應該合理設計墻肢截面尺寸，對于墻肢截面厚度以及高度等參數進行優化處理，確保其能夠更好提升剪力墻結構整體穩定性，降低后續長期應用下出現裂縫的可能性。在剪力墻墻肢截面尺寸設計中，需要首先考慮到最小厚度要求，在滿足剪力墻結構應用需求的基礎上，促使其能夠較好實現承載力適應，對于可能出現的剪力墻失穩問題予以及時處理。在剪力墻墻肢截面尺寸的設計中，還需要充分考慮到樓層高度，根據《建筑抗震設計規范GB50011-2010》6.4.1以及6.1.9的具體規定進行準確處理。

四、結束語

綜上所述，在高層建筑剪力墻結構設計中，抗震設計作為比較關鍵的一項基本要求，需要首先明確具體設計原則，把握好相關標準和規范的具體規定，然后再重點圍繞著剪力墻結構自身尺寸以及相關構件進行綜合設計，力求最終更好提升剪力墻結構的整體穩定性，促使其具備更強抗震性能。