分項系數調整對剪力墻結構設計影響的分析

張 鍇

(中鐵上海設計院集團有限公司南昌院，江西 南昌 330002)

0 引言

GB 50068—2018建筑結構可靠性設計統一標準已經于2019年4月18日實施，其內容相對于舊版有不少重大調整，最大的調整是持久設計狀況和短暫設計狀況基本組合的永久作用和可變作用分項系數。當作用效應對承載力不利時不再區分永久作用控制和可變作用控制，永久作用分項系數γG由永久作用控制1.35、可變作用控制1.2統一改為1.3，可變作用分項系數γQ由1.4改為1.5。分項系數修改后大致與歐洲規范相當(歐標γG=1.35，γQ=1.5)，建筑結構安全度設置水平有了提高，也有利于中國規范的國際化。

然而，分項系數的調整對建筑結構設計的影響一時眾說紛紜，有人認為影響很大，有人認為影響不大。筆者認為具體問題要具體分析，建筑結構的分類很多，而剪力墻結構作為高層住宅的經典結構形式具有重要的研究價值。本文就高層剪力墻住宅為切入口，就分項系數的調整對高層剪力墻住宅結構設計的影響做簡要分析，對分析結果給出大致的判斷。

1 計算分析的選型

1.1 模型結構布置與結構信息

考慮到計算模型的代表性，本次以18層剪力墻住宅地上部分進行研究，不考慮地下室及基礎。樓層典型結構布置如圖1所示，各層結構信息如表1所示。

建筑高度52 m，屬于國內高層住宅比較有代表性的高度。建筑按標準設防類別考慮，設計使用年限50年，安全等級二級。

表1 各層結構信息

1.2 地震作用選取

為使分析結果具有實際意義，地震作用選擇抗震設防烈度6度、7度、8度三個工況來進行比較，三個抗震設防烈度基本可以覆蓋國內大多數地區，具有廣泛的代表性。各工況的各層結構信息均相同，設計地震分組均為第一組，場地類別均為2類。根據地震作用選取，共分6個工況，如表2所示。

表2 地震工況信息

1.3 計算軟件選取

本次采用國內建筑結構設計行業通用的盈建科結構設計軟件2.0進行計算，該版本計算參數新舊分項系數均可選用。

2 計算分析的結果

2.1 結構指標

由于分項系數調整并未涉及地震設計工況，仍然采用地震組合，因此結構的周期、側向剛度、位移比、剪重比等整體指標不會受影響。剪力墻軸壓比采用重力荷載代表值的設計值計算也沒有受分項系數調整影響。

2.2 配筋對比

2.2.1樓板配筋對比

樓板受力只與恒活荷載有關而與地震作用無關，所以只需對比工況1和工況2的結果即可，對比結果按兩個工況的百分比差值表示(以下對比結果同義)，如圖2所示。

從圖2中可以看出分項系數調整后，樓板每平方米的樓層平均配筋只增大了1.22%，且除首層外各層直接差異很小，可見影響分項系數調整對樓板設計影響十分有限，主要原因在于樓板配筋基本受最小配筋率控制因而差別很小。

2.2.2梁配筋對比

梁鋼筋對比綜合考慮梁縱筋、箍筋的加權平均值，如圖3所示。從圖3中可以看出，抗震設防烈度6度時分項系數調整的影響最大，7度其次，8度最小。6度時相同條件下隨著樓層越高，分項系數調整的影響越小，各樓層影響平均值為6.6%。7度時也呈現出樓層越高分項系數調整的影響越小，但各樓層之間差別不大，影響平均值為5.0%。8度時隨著樓層越高分項系數調整的影響越大，但各樓層之間差別也不大，影響平均值為2.0%。從6度、7度、8度各樓層影響平均值來看，8度時分系數調整對梁設計的影響可以忽略不計，實配鋼筋往往都大于計算鋼筋2%以上，6度、7度時配筋量較往常有所增加，設計時需要對結構中下部配筋有所注意。

2.2.3剪力墻配筋對比

墻鋼筋對比綜合考慮剪力墻水平筋、豎向筋的加權平均值，如圖4所示。

從圖4中可以看出，分項系數調整對6度剪力墻配筋影響十分顯著，對7度、8度剪力墻配筋影響與梁配筋情況類似，地震烈度不同影響差距顯著。6度時相同條件下隨著樓層越高，分項系數調整的影響衰減很快，但在頂層仍然有10%左右的鋼筋增幅，各樓層影響平均值為16.7%。7度時影響大幅降低，除首層和頂部兩層其余中間各層影響較為平均，各樓層影響平均值為5.3%。8度影響很小，只有頂層有少許變化，各樓層影響平均值為0.8%。從6度、7度、8度各樓層影響平均值來看，8度時分項系數調整對剪力墻設計的影響可以忽略不計，7度時配筋量較往常有所增加，特別對首層和頂部樓層需要有所注意，6度時分項系數調整帶來的配筋相比以往增加較多，設計時需要特別注意。

3 結語

從以上分析可以看出，分項系數調整對結構整體指標不會有影響，對樓板設計影響十分有限。抗震設防烈度越高，梁、墻的配筋受分項系數調整影響越小，表明恒活組合在高烈度區不是主控因素。抗震設防烈度低且樓層越高分項系數調整影響越小，抗震設防烈度高且樓層越高分項系數調整影響越大。

綜上所述，對于高層剪力墻住宅結構設計，8度區和往常設計區別很小，7度區需要注意頂、底部剪力墻配筋和結構中下部梁配筋的變化，6度區剪力墻配筋和往常設計有較大不同需引起重視，同時6度區還需注意結構中下部梁配筋的變化。

分項系數調整一定程度上提高了中低烈度區工程結構的強度儲備，但設計人員仍不能大意，不可忽視結構剛度、穩定性對結構設計的重要影響。至于分項系數調整對非高層剪力墻住宅、框架、框剪、框筒等其他結構類型設計的影響，還有待進一步的研究。