某公寓多層剪力墻結構設計

李月梅

（江蘇省建工設計研究院有限公司，江蘇南京 210000）

剪力墻的剛度大，容易滿足小震作用下結構尤其是高層結構的位移限制，在地震作用來到時，變形相別其他墻體結構要小很多，設計中可以根據建筑物的要求規劃成延性抗震墻。剪力墻在大震時同樣能發揮出較強的作用，通過連梁和墻肢底部的塑性鉸范圍內的塑性變形，對地震的沖擊波和能量進行消解，從而降低其他房屋結構的抗震要求，在現代建筑物中應用較為廣泛。本文將以具體工程案例為基礎，對某公寓的多層剪力墻結構設計進行說明，希望對剪力墻的作用進一步了解。

某學校新教師公寓住房為3 棟7 層建筑，高21.52m，屋面平面尺寸60.8m×16.2m，帶1 層整體人防地下室，埋深5.4m，部分為純人防地下室，覆土深度1.1m。地上首層層高為4.15m，二～七層層高各為2.8m，悶頂式坡屋面。采用天然地基，剪力墻結構，±0.0m 標高相當于絕對標高23.3m?；撅L壓值0.4kN/m2，基本雪壓值0.65kN/m2。體型系數1.3，地面粗糙度B 類。按50 年使用年限，結構安全二級設計，每棟結構平面布置如圖1 所示。

1 基礎及地下部分設計

根據地質勘探資料分析，場區除地表填土外，下部土層主要為第四系全新統和上更新統沖積土、殘積土，下伏基巖為二疊系灰巖、頁巖。場地屬丘崗地貌單元，巖土層大部分土質較均勻，分布及厚度較穩定。本工程根據場地巖土工程特征及結構特點，基礎埋深超過5m，故此基礎設計等級為乙級?，F地面標高22.92～25.71m，結合勘探成果，基礎底面土層以③1粉質黏土層為主，承載力特征值為180kPa，可直接作為持力層，采用天然地基筏形基礎?；A部分設計時，上部有樓層荷載的區域，荷載采用人防戰時和平時包絡計算，控制荷載為平時荷載，基礎部分除正常抗彎計算外，需進行墻對基礎筏板的抗沖切計算，局部增加筏板厚度和配筋滿足承載力要求。

2 結構設計

2.1 結構選型及構造措施

圖1 每棟結構平面布置

公寓樓因使用空間的限制及最優結構受力性能，選用剪力墻結構，剪力墻在各端部外墻及內墻轉角處設置，墻厚200mm。從抗震性能和穩定性，相同厚度和高度，長度不同，短的剪力墻弱些，結構體系中一般使用的這種墻長厚比小于8 大于5 的墻體，因此要減少使用這種剪力墻，采用長肢剪力墻為主要豎向受力構件，以提高抗震性能。結構構件受靜力途徑明確清晰，樓層板梁受樓層水平面面載及線載，再由梁傳至墻體，至基礎和地基。房屋高度小于24m，底部加強部位取地下室、地上首層，過渡層為地上首層的相鄰上一層。上部嵌固層選在地下室頂板層。由于房屋長61m，超45m，從基礎至屋頂需設后澆帶。

2.2 抗震等級

據工程擬建地的震動橫波在土內的傳播速度、各土質層覆蓋厚度及工程地質勘察場地評價，判定場地類別為2 類；由工程地質報告資料和規范中相應的全國縣級及縣級以上城鎮的中心地區的抗震設防烈度，確定本工程為Ⅶ度抗震設防，且由中國地震動參數區劃圖、中國地震動反應譜特征周期區劃圖，本工程為第1 組地震分組，特征周期0.35s，又中國地震動峰值加速度區劃圖，本設計基本地震加速度為0.1g。教育建筑中，本工程為大學，故丙類抗震設防。豎向受力構件為剪力墻，且高度小于24m，故確定其抗震等級為四級，而少量的短肢墻（同高度的墻體，墻肢的長度是厚度的5～8 倍），抗震等級為三級。按Ⅶ度標準要求采取抗震措施，同時按Ⅶ度地震作用，進行結構受力計算。

2.3 荷載值的選取

公寓樓均布活荷載標準值取值分別為：居室、過廳2kN/m2，廚房、樓梯、走道2.0kN/m2，陽臺、衛生間2.5kN/m2，配電間4kN/m2，太陽能屋頂2kN/m2；非上人屋面0.5kN/m2；附加恒載2.0kN/m2。

2.4 結構計算分析

應用PKPM 中SATWE 程序進行主體結構整個體系計算分析，本結構水平面X 向左右對稱，豎向構件上下連續，且開洞不錯位。地表震動的大小和特征通過場地土傳播，作用于建筑物，對建筑物影響一般。多遇地震作用下，對彈性狀態的結構進行內力計算和變形協調、超限分析。整個所建工程區域為多塔結構，分別按整體模型計算、按附帶兩跨裙樓的各塔樓分開計算，并包絡設計。分塔樓模型嵌固端所在層號為2，地下室1 層，共設9 個結構標準層，悶頂式坡屋面按標準層輸入模型，先按偶然偏心的影響下計算，后按雙向水平地震作用下的扭轉影響下計算，包絡設計。樓板采用的預制疊合板與后澆混凝土疊合層相結合板，分析時定義了彈性樓板，設置面載導荷方式，按其計算結果進行樓板配筋。在進行空間整體工作計算分析時，考慮梁墻的彎曲、剪切、扭轉變形以及墻的軸向變形。從各種工況計算結果顯示，位移比、周期比、剪重比等指標均滿足相關規范。因結構上部的嵌固位置是地下室頂板，故計算結果中側向剛度指標也滿足了相關范圍地下一層是結構地上一層的2 倍。本結構中轉角電梯井外側剪力墻，其各樓層處無水平向抗側力樓板連接導致其整體的穩定性薄弱，且槽型工字形bf1 腹板+翼緣厚度，小于截面厚度的2 倍和800mm，須進行整體墻體穩定驗算，復核PKPM 相應計算結果。

3 施工圖的設計

從整體計算結果分析，地上首層軸壓比最大，各層墻體軸壓比大部分不超0.3，個別墻體軸壓比超0.3 但小于0.4。同高度的剪力墻，據其長度是否大于厚度的8 倍，分成兩種墻，一般和短肢墻。剪力墻配筋除滿足受壓、拉、彎外，構造配筋各不相同。在底層，軸壓比小于等于0.3 一般墻肢，其兩端設構造邊緣構件，其縱向筋配筋率不小于0.5%且大于4 根d12 筋；底層墻肢軸壓比大于0.3 的一般剪力墻，再根據是否小于0.4 分別在底部加強部位及相鄰的上一層設約束邊緣構件，其縱向筋的配筋率不小于1%且大于6 根d16 筋，箍筋全高加密，在以上其他部位設構造邊緣構件。墻平面內縱向、水平向分布配筋面積占全截面面積比例大于0.002。重力荷載代表值作用下，多層三級抗震的短肢墻軸壓比小于0.5，其縱向筋按全截面考慮配筋，配筋面積占墻體全截面面積比例，在底部加強區大于0.01 且加密箍筋，在其他部位大于0.008。梁配筋分別按連梁及框架梁的計算結果及構造要求配置。疊合板配筋時除滿足受彎承載力外，與60 厚的現澆層連接為整體，且梁兩側預留擱置長度，保證各預制板間連接整體性，端開間現澆板筋間距為100 且通長設置，防止端部溫度影響而產生裂縫。

4 結束語

綜上所述，剪力墻結構在當前的建筑物設計中應用越來越廣泛，增加了結構的剛度、強度和抗倒塌能力，在某些部位可現澆或預制裝配鋼筋混凝土剪力墻，該種成型的剪力墻由于與周邊的梁、柱同時完成澆筑，整體性能好，滿足建筑物的剛度要求。剪力墻在實際施工中，墻體的澆筑效果比傳統的支模工藝要好很多，完成澆筑后墻體表面光滑，柱體之間的接縫明顯減小，不僅提高了施工速度，同時保證了施工質量。下一步，在設計多層剪力墻時，要根據建筑物要求的規模和抗震等級，對剪力墻的結構進行選型，制定相應的設計措施，確定合適的荷載值，對結構進行計算分析，從而更加合理的設計施工圖紙。除了上述要求外，設計多層剪力墻時，經濟允許的情況下，除結構方案比較外，還應根據結構特點，多方位復核包絡設計，以確保結構安全，達到抗震性的要求。