新規(guī)范、新趨勢(shì)下浙江省高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)基于軸壓比的優(yōu)化布置

董佳竹 廖建輝

杭州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江 杭州 310000

1 近年來規(guī)范及需求的變化

1.1 裝配式建筑的大力推廣

最近幾年全國各地都在大力推廣裝配式建筑。裝配式建筑中，樓板采用疊合樓板。圖集15G310-1《桁架鋼筋混凝土疊合板》規(guī)定，疊合樓板最小厚度為130mm（60預(yù)制層+70現(xiàn)澆層），而不采用裝配式建筑的普通住宅樓板厚度通常為110mm。樓板厚度的增加使得恒載標(biāo)準(zhǔn)值增加0.5KN/mm2。

1.2 住宅保溫隔熱等要求的提高

同時(shí)由于保溫隔熱節(jié)能等要求的提高，近幾年來住宅建筑樓面做法要求亦有所提高。早年的建筑面層多采用50mm厚，而新要求下建筑面通常需要70-100mm，進(jìn)一步增加了結(jié)構(gòu)的自重荷載。據(jù)統(tǒng)計(jì)，樓板厚度及建筑面層的增加，使建筑自重荷載增加了22%～36%。

1.3 《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》調(diào)整

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖 （GB 18306-2015）》規(guī)定，全國城鎮(zhèn)基本地震動(dòng)峰值加速度有所調(diào)整，以浙江省為例，杭州、寧波、嘉興多處地市基本地震動(dòng)峰值加速度值由0.05g修改為0.10g。

2 新規(guī)范、新趨勢(shì)對(duì)高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)提出的新要求

由于《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》的調(diào)整，浙江省部分地區(qū)抗震設(shè)防烈度由6度提高為7度，抗震等級(jí)隨之提高，而抗震等級(jí)的提高對(duì)軸壓比限值提出了更高要求。

高層住宅多采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，尤其對(duì)80米以下的建筑根據(jù)《高層建筑混凝土建筑規(guī)程（JGJ3-2010）》3.9.3條規(guī)定抗震等級(jí)由四級(jí)提高為三級(jí)。《高規(guī)》7.2.13條規(guī)定三級(jí)剪力墻軸壓比限值為0.6，而四級(jí)剪力墻對(duì)此未做要求。在具體工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員一般控制四級(jí)剪力墻軸壓比限值不超過框架柱軸壓比限值即0.9。也就是說，由于《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》的修改，浙江部分城鎮(zhèn)高層住宅的軸壓比上限較原規(guī)范下降了1/3。

一方面建筑自重的不斷增加，使得軸壓力設(shè)計(jì)值提高，而另一方面抗震等級(jí)的提高又對(duì)軸壓比的限值提出了更為苛刻的要求。在多種因素的相互制約下，使得原本在高層住宅設(shè)計(jì)中較易滿足的軸壓比要求躍然成為影響剪力墻布置的關(guān)鍵因素。

于此同時(shí)跟社會(huì)生活、房地產(chǎn)行業(yè)發(fā)展相關(guān)聯(lián)，大城市地價(jià)寸土寸金，房價(jià)節(jié)節(jié)攀升，建筑設(shè)計(jì)師們對(duì)建筑面積的利用率更為關(guān)注，對(duì)墻體厚度“斤斤計(jì)較”。該現(xiàn)象衍生出了近年來設(shè)計(jì)的又一方向，由原來往往每開間均布置剪力墻的設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)變?yōu)?開間布置一道墻體的設(shè)計(jì)需求，使得室內(nèi)布置更加靈活及有更多的使用空間。而這一轉(zhuǎn)變無疑對(duì)各種新規(guī)定下剪力墻的布置提出了更高的要求。

3 針對(duì)軸壓比的各種優(yōu)化方式

3.1 提高混凝土標(biāo)號(hào)

根據(jù)規(guī)范定義，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與軸壓比成反比，提高混凝土標(biāo)號(hào)無疑是最直接有效的控制軸壓比的手段。

以往工程中，豎向構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)多采用C30-C40。隨著施工技術(shù)的提高，稍高等級(jí)的混凝土運(yùn)用越來越成熟，以及目前人力成本的不斷提升，混凝土強(qiáng)度等級(jí)的適當(dāng)提升對(duì)成本影響較小。

但高等級(jí)的混凝土對(duì)施工質(zhì)量、水平要求提高，梁柱節(jié)點(diǎn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差過大使得施工難度增加，加之高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的延性相對(duì)較差，對(duì)變形、裂縫控制也有所影響。混凝土強(qiáng)度等級(jí)也不可能一味提高。近期工程中，底部豎向構(gòu)件多采用C45混凝土，由下自上逐漸減小，一般不超過C50為宜。

3.2 精細(xì)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)減少上部樓層墻體長度

高層住宅一般墻厚從上至下均為200mm，沒有減少的空間，因此以往的設(shè)計(jì)中豎向構(gòu)件除架空層外沿高度方向往往不做變化。為減輕自重，可將高層建筑沿豎向分段適當(dāng)減少墻體長度，以減小軸壓力設(shè)計(jì)值。此方法較適用于風(fēng)荷載較小，地震力起控制作用的地區(qū)，應(yīng)用時(shí)選擇最大層間位移角曲線峰值以上的樓層縮減墻體長度。

3.3 設(shè)置少量框架柱

框架柱的軸壓比限值較剪力墻約40%～60%之間，在對(duì)使用空間影響較小的區(qū)域適當(dāng)使用框架柱也是控制軸壓比限值的手段之一。不過具體設(shè)計(jì)中應(yīng)控制框架柱的比例，《高層建筑混凝土建筑規(guī)程（JGJ3-2010）》8.1.3條規(guī)定框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的10%時(shí)，按剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.4 采用提高箍筋及設(shè)置芯柱的方法提高軸壓比限值要求

對(duì)采取上述手段仍不能滿足要求的部分柱，可充分利用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及《高層建筑混凝土建筑規(guī)程》附注條文，通過設(shè)置滿足一定要求的箍筋或芯柱提高軸壓比限值。但該方法僅對(duì)柱截面有效，適用范圍比較有限。

4 結(jié)束語

本文總結(jié)了近年來新規(guī)范、新趨勢(shì)下軸壓比限值指標(biāo)已成為高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)關(guān)鍵性制約因素。本文介紹了提高混凝土標(biāo)號(hào)、適當(dāng)減少上部樓層墻體長度、設(shè)置少量框架柱等解決方法，同時(shí)給出了各項(xiàng)解決方式的適用情形。