高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)研究

姚志剛

浙江施朗龍山工程設(shè)計(jì)有限公司上海分公司 上海 200000

引言

當(dāng)前高層建筑越來(lái)越普遍，有效解決了城市建筑用地面積不足問(wèn)題，在施工建設(shè)中應(yīng)該予以高度關(guān)注。對(duì)于高層建筑的設(shè)計(jì)而言，其必然也面臨著較高的難度，尤其是因?yàn)檎w高度較為突出，容易導(dǎo)致一些不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)該切實(shí)圍繞著整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化，以求體現(xiàn)更強(qiáng)安全性能。基于此，針對(duì)高層建筑的抗震性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也就顯得極為必要，剪力墻結(jié)構(gòu)體系作為當(dāng)前高層建筑中比較常用的基本類型，如何優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)成為極具研究?jī)r(jià)值的核心問(wèn)題。

一、項(xiàng)目概況

吉林歐亞城市商業(yè)綜合體B1住宅樓由吉林歐亞置業(yè)有限公司建設(shè)，該項(xiàng)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(xiàng)目地上33層，地下1層，室內(nèi)外高差450mm，主要建筑物高度98.450m。吉林歐亞城市商業(yè)綜合體B1住宅樓為典型的高層建筑，選用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求以及項(xiàng)目所處區(qū)域?qū)嶋H狀況，項(xiàng)目抗震設(shè)防烈度為7度，基本地震加速度為0.10g，場(chǎng)地土類別為二類，特征周期值為0.35s。項(xiàng)目剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)，抗震構(gòu)造措施為二級(jí)。

二、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求

（一）關(guān)注樓層最小剪力系數(shù)

在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，剪力墻的布置尤為關(guān)鍵，一般為了更好維系高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要盡量減少超長(zhǎng)剪力墻，避免應(yīng)力集中，并且在剪力墻設(shè)置中應(yīng)該盡量使剪力墻布置均勻，如此可以較好的提升其側(cè)向剛度。在高層建筑剪力系數(shù)調(diào)整時(shí)，應(yīng)該盡量促使最小剪力系數(shù)符合相關(guān)規(guī)范要求。基于這種最小剪力系數(shù)調(diào)整方面的要求，不僅僅可以有效降低整個(gè)高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的自重，往往還能夠有效控制造價(jià)，優(yōu)化整體剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

（二）關(guān)注樓層間最大位移和層高比值

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素。在高層建筑遭遇地震危害時(shí)，樓層間扭轉(zhuǎn)和剪切變形不容忽視，也是需要在抗震設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的重要因素。為了較好實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形和剪切變形的控制，豎向構(gòu)件的合理設(shè)置極為關(guān)鍵，但是應(yīng)該避免隨意增加豎向構(gòu)件，同時(shí)還需要促使其具備較強(qiáng)的合理性，保障布局較為科學(xué)，層高的設(shè)置也需要嚴(yán)格控制，進(jìn)而也就可以在降低層間變形程度的基礎(chǔ)上優(yōu)化整體抗震性能。

（三）關(guān)注連梁超限

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)往往還需要考慮到連梁的應(yīng)用狀況，對(duì)于連續(xù)梁跨高比進(jìn)行嚴(yán)格控制，如果連續(xù)梁跨高比不大于2.5，則很可能導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)體系不夠穩(wěn)定，超出極限要求，需要在連梁設(shè)置中確保其大于2.5。對(duì)于連續(xù)梁進(jìn)行設(shè)計(jì)還需要充分考慮到彎矩以及剪力作用狀況，對(duì)于可能出現(xiàn)超限問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行有效折減，但是在折減時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注連續(xù)梁的跨高比，避免存在不當(dāng)構(gòu)件。比如當(dāng)連續(xù)梁跨高比處于5-6之間時(shí)，連續(xù)梁剛度往往需要進(jìn)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）明確抗震規(guī)范

在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，為了更好提升整體抗震性能，首先需要關(guān)注各個(gè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，嚴(yán)格按照相關(guān)極限范圍以及具體參數(shù)要求進(jìn)行處理，避免在抗震設(shè)計(jì)中出現(xiàn)嚴(yán)重超限問(wèn)題，對(duì)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(yè)綜合體B1住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，就首先根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及當(dāng)?shù)貤l件，規(guī)定抗震設(shè)防烈度為7度，剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)，抗震構(gòu)造措施為二級(jí)，為后續(xù)具體抗震設(shè)計(jì)工作定好基調(diào)。在具體抗震設(shè)計(jì)工作開展中，往往還需要充分遵循《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》以及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等要求，確保剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的各項(xiàng)數(shù)值較為合理可行。

（二）強(qiáng)剪弱彎

對(duì)于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作而言，為了更好提升整體穩(wěn)定性，注重構(gòu)造強(qiáng)剪弱彎的剪力墻構(gòu)件同樣也至關(guān)重要，有助于降低剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性剪切破壞幾率。基于此，在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要適當(dāng)增大底部加強(qiáng)部分剪力設(shè)計(jì)值，促使其能夠具備更強(qiáng)抗剪能力，體現(xiàn)出較為理想的整體抗震性能。在具體剪力墻底部加強(qiáng)部位剪力設(shè)計(jì)值增大處理時(shí)，往往需要嚴(yán)格按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》來(lái)執(zhí)行。這種強(qiáng)剪弱彎方式的有效設(shè)置往往還需要充分考慮到抗剪配筋設(shè)計(jì)，促使整體結(jié)構(gòu)受力性能得到更好優(yōu)化，對(duì)于配筋狀況予以切實(shí)優(yōu)化調(diào)整。

（三）底部塑性鉸區(qū)設(shè)計(jì)

從高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)遭遇地震作用時(shí)的破壞機(jī)制進(jìn)行分析，往往塑性鉸區(qū)是需要高度關(guān)注的部位，該部位很容易在反復(fù)荷載作用下出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，尤其是對(duì)于最為常見的剪切破壞，更是需要予以積極規(guī)避，在設(shè)計(jì)方案中進(jìn)行優(yōu)化防控。因?yàn)樗苄糟q區(qū)一般處于剪力墻底部彎矩較大區(qū)域，相應(yīng)剪力較大，如果相關(guān)設(shè)計(jì)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(qiáng)處理，促使其具備更強(qiáng)承受能力。一般而言，剪力墻結(jié)構(gòu)底部塑性鉸區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)往往需要注重提升其彈塑性變形能力，以此為著眼點(diǎn)來(lái)進(jìn)行各個(gè)參數(shù)優(yōu)化。在具體參數(shù)設(shè)置中同樣也需要遵循《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》的具體要求，保障加強(qiáng)處理較為適宜合理，能夠符合整體高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)加強(qiáng)優(yōu)化需求，在條件允許的前提下，應(yīng)該適當(dāng)促使相關(guān)參數(shù)能夠更好保障其彈塑性變形能力，具備更強(qiáng)剪力應(yīng)對(duì)效果。

（四）軸壓比設(shè)計(jì)

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)還需要考慮到軸壓比，以此促使剪力墻結(jié)構(gòu)體系能夠具備更強(qiáng)延性。在剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，如果受壓區(qū)高度過(guò)大，則很容易導(dǎo)致剪力墻結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)不穩(wěn)定問(wèn)題，基于該方面問(wèn)題，可以從剪力墻截面入手進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。但是因?yàn)榧袅Y(jié)構(gòu)截面相對(duì)較為復(fù)雜，對(duì)于受壓區(qū)高度的有效控制帶來(lái)了較大難度，如此也就需要采取必要措施來(lái)限制軸壓比，確保軸壓比能夠較好符合結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性要求。在相關(guān)軸壓比的計(jì)算分析中，設(shè)計(jì)人員可以借助于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》中有關(guān)于剪力墻截面平均軸壓比簡(jiǎn)化計(jì)算方法，確定最大軸力設(shè)計(jì)值，同時(shí)兼顧高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)要求，最終優(yōu)化整體剪力墻結(jié)構(gòu)受壓區(qū)高度，降低地震危害程度。

（五）邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中還需要充分借助于邊緣構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化，靈活運(yùn)用構(gòu)造邊緣構(gòu)件以及約束邊緣構(gòu)件，促使剪力墻結(jié)構(gòu)體系更為穩(wěn)定可靠。一般而言，構(gòu)造邊緣構(gòu)件相對(duì)于約束邊緣構(gòu)件不具備較強(qiáng)的混凝土約束力，箍筋的設(shè)置相對(duì)比較少，應(yīng)該結(jié)合不同剪力墻構(gòu)件受力特點(diǎn)進(jìn)行靈活布置。比如在剪力墻構(gòu)件應(yīng)用中受壓區(qū)高度較大，或者是軸壓比相對(duì)不符合規(guī)定，則需要有效借助于約束邊緣構(gòu)件進(jìn)行恰當(dāng)布置，促使相應(yīng)剪力墻結(jié)構(gòu)能夠具備相匹配的抗震性能。在具體邊緣構(gòu)件應(yīng)用尺寸以及具體參數(shù)設(shè)置上，應(yīng)該嚴(yán)格按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》6.4.5條的要求執(zhí)行，最大程度上提升約束邊緣構(gòu)件的作用價(jià)值，促使剪力墻結(jié)構(gòu)的延性可以得到優(yōu)化。

（六）墻肢截面尺寸設(shè)計(jì)

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該合理設(shè)計(jì)墻肢截面尺寸，對(duì)于墻肢截面厚度以及高度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，確保其能夠更好提升剪力墻結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，降低后續(xù)長(zhǎng)期應(yīng)用下出現(xiàn)裂縫的可能性。在剪力墻墻肢截面尺寸設(shè)計(jì)中，需要首先考慮到最小厚度要求，在滿足剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用需求的基礎(chǔ)上，促使其能夠較好實(shí)現(xiàn)承載力適應(yīng)，對(duì)于可能出現(xiàn)的剪力墻失穩(wěn)問(wèn)題予以及時(shí)處理。在剪力墻墻肢截面尺寸的設(shè)計(jì)中，還需要充分考慮到樓層高度，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》6.4.1以及6.1.9的具體規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)確處理。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)作為比較關(guān)鍵的一項(xiàng)基本要求，需要首先明確具體設(shè)計(jì)原則，把握好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的具體規(guī)定，然后再重點(diǎn)圍繞著剪力墻結(jié)構(gòu)自身尺寸以及相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，力求最終更好提升剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，促使其具備更強(qiáng)抗震性能。