論高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)

陳鵬

摘 要：文章從剪力墻的設(shè)計(jì)原則、梁板布置原則、設(shè)計(jì)過程來(lái)進(jìn)行分析，讓設(shè)計(jì)人員對(duì)剪力墻的設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)更加深刻。

關(guān)鍵詞：高層；剪力墻；布置；原則；分析

現(xiàn)代剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越發(fā)普及，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合相應(yīng)規(guī)范，熟悉剪力墻的受力特性，構(gòu)造要求，才能夠針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式，合理利用剪力墻，做出安全、合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 剪力墻布置原則

1.1 剪力墻的位置

1.1.1 剪力墻布置應(yīng)盡量規(guī)整、均勻、對(duì)稱，且貫通全高，使建筑物具備合理的雙向剛度；并盡可能使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心重合，以減少扭轉(zhuǎn)。

1.1.2 控制結(jié)構(gòu)樓層層間最大位移與層高之比≤1/1000。

1.1.3 剪力墻的豎向布置應(yīng)自下而上逐漸減小，避免剛度突變，樓層的側(cè)向剛度不宜小于相鄰上一層的70%和其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%。

1.1.4 樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65%。

1.1.5 筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。當(dāng)不能判斷時(shí)，可控制第一振型下一般剪力墻底部地震剪力不應(yīng)小于總剪力的50%。

1.1.6 房間內(nèi)不出現(xiàn)凸角，剪力墻的門窗洞宜上、下對(duì)齊。

1.2 剪力墻的間距

為了保證樓（屋）蓋的側(cè)向剛度，避免水平荷載作用下樓蓋平面內(nèi)彎曲變形，應(yīng)控制剪力墻的最大間距。

1.3 剪力墻的厚度

剪力墻厚度取值 由以下因素確定：

1.3.1 通過結(jié)構(gòu)分析，在滿足最大層間位移、周期比、位移比的各項(xiàng)指標(biāo)確定每層剪力墻的厚度。

1.3.2 不同抗震等級(jí) 的軸壓 比的限制。

1.3.3 構(gòu)造性及穩(wěn)定性要求（而穩(wěn)定性一般會(huì)滿足）。對(duì)于普通的住宅建筑在 7度或 8度地區(qū)，墻厚大多情況下是按穩(wěn)定性和 構(gòu)造要求所控制的。

首先剪力墻厚度應(yīng)滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-20107.2.1條 7.7.2條規(guī)定（其實(shí)是高厚比要求），當(dāng)不能滿足上面幾條的時(shí)候應(yīng)按《高規(guī)》附錄D 計(jì)算墻體的穩(wěn)定 ，從大量工程實(shí)例看，按《高規(guī)》附錄D計(jì)算的墻厚比《高規(guī)》7.2.1條 7.7.2條規(guī)定的小得多。故穩(wěn)定性一般會(huì)滿足；此時(shí)剪力墻墻厚主要由構(gòu)造與施工要求控制。

1.4 剪力墻的數(shù)量

與結(jié)構(gòu)體型、高度等有關(guān)。從抗震性考慮，增加剪力墻數(shù)量，雖然結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的能力提高，同時(shí)結(jié)構(gòu)所承受的地震力也加大，材料用量增大，二者不一定是成正比。因此，可盡量減少剪力墻的布置量及結(jié)構(gòu)自重，只需滿足側(cè)向變形的限值即可，剪力墻軸壓比基本接近。

一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。當(dāng)不能判斷時(shí)，可控制第一振型下一般剪力墻底部地震剪力不應(yīng)小于總剪力的50%。

2 梁板布置原則

2.1 對(duì)高層住宅， 荷載一般不大， 樓板絕大多數(shù)均為構(gòu)造配筋， 板厚就決定了樓板用鋼量的大小， 所以樓板厚度一般按撓度、 裂縫及板內(nèi)設(shè)備穿管的最低要求取值，不必過厚。

陽(yáng)臺(tái)： h=90mm。屋面板：h≥120mm，屋面板負(fù)筋拉通筋應(yīng)優(yōu)先用Φ10@200或Φ10@180（HRB335），板面通長(zhǎng)鋼筋不足時(shí)，板支座處另設(shè)計(jì)附加鋼筋，施工圖中應(yīng)注明貫通鋼筋與附加支座鋼筋應(yīng)間隔錯(cuò)開布置。

2.2 樓層梁布置時(shí)， 應(yīng)保證梁具有簡(jiǎn)單明確的傳力路徑， 避免多重次梁、 多次傳力的情況。剪力墻結(jié)構(gòu)中的梁經(jīng)濟(jì)跨度一般在 3.0～ 5.0m 之間。

2.3 若非剛度及連接一字形墻的需要， 不宜設(shè)置高連梁。

2.4 建筑的洞口頂可設(shè)置后澆過梁， 再砌梁上填充墻。

2.5 較小跨度（3.6m 以內(nèi)）的板上有隔墻或開有洞口時(shí)，墻位置或洞口邊可不設(shè)置梁， 可在板內(nèi)設(shè)置加強(qiáng)筋的方式予以解決。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)分析

3.1 主要計(jì)算方法與計(jì)算程序。結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與位移可按彈性方法計(jì)算，采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM建筑結(jié)構(gòu)CAD系列軟件進(jìn)行整體電算（以SATWE高層版或PMSAP為主）。

3.2 地震作用計(jì)算方法。SRSS+考慮質(zhì)量偶然偏心（規(guī)則結(jié)構(gòu)）。CQC+考慮質(zhì)量偶然偏心（不規(guī)則結(jié)構(gòu)）。CQC+考慮雙向地震作用扭轉(zhuǎn)效應(yīng)（質(zhì)量和剛度明顯不對(duì)稱、不均勻結(jié)構(gòu)）。

3.2.1 對(duì)于兩個(gè)方向均為3

3.2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的各種參數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)。采用SATWE程序計(jì)算時(shí)各構(gòu)件的主要參數(shù)：（1）梁的剛度增大系數(shù)1.0（按全樓彈性樓板考慮時(shí)），1.5（按剛性樓板考慮時(shí)）；（2）梁端彎距調(diào)幅系數(shù)0.9；（3）梁跨中彎矩增大系數(shù)1.1；（4） 連梁剛度折減系數(shù)0.70；（非連梁（跨高比≥5）及支承樓面主梁的連梁剛度不應(yīng)折減）（5）梁扭矩折減系數(shù)0.4-0.7；（無(wú)樓板相連的梁折減系數(shù)應(yīng)放大或不折減）（6）柱、墻活荷載不折減；（7）傳給基礎(chǔ)的活荷載按規(guī)范折減；（8）回填土對(duì)地下室的約束取為3；（9）考慮模擬施工加載2；（10）地震作用振型組合數(shù)取不少于9個(gè)（分塔時(shí)不少于（9X塔數(shù)）個(gè)）；當(dāng)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，振型數(shù)不應(yīng)小于15個(gè)。同時(shí)振型數(shù)應(yīng)保證振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。（11）考慮梁、柱、混凝土墻的粉刷重量，混凝土容重取26KN/m2；（12）活荷質(zhì)量折減系數(shù)取0.5；（13）風(fēng)荷載信息中的結(jié)構(gòu)基本周期T1宜按實(shí)際計(jì)算結(jié)果填寫；（14）周期折減系數(shù)取 0.85；（15）結(jié)構(gòu)的阻尼比取5%。

3.3 計(jì)算調(diào)整。若層間位移角不滿足規(guī)范要求， 可采取以下措施： 查看位移文件以確定哪些樓層位移角超限， 一般情況是結(jié)構(gòu)中上部樓層， 若超限不多， 可通過提高剪力墻變厚度位置加以解決， 否則需增加剪力墻的布置量或關(guān)鍵連梁的高度。

若周期比、 位移比不滿足規(guī)范要求， 可采取以下措施：（1）將結(jié)構(gòu)周邊程序定義為連梁的梁改為框架梁或增加連梁高度， 以增加結(jié)構(gòu)外圍剛度；（2）減少結(jié)構(gòu)中部剪力墻布置量及降低連梁高度以增大結(jié)構(gòu)的平動(dòng)周期而間接改善周期比、位移比；若層間位移角較規(guī)范限值富余較多， 應(yīng)適當(dāng)調(diào)整梁布置及減小梁截面， 將部分連接復(fù)雜的梁改為鉸接梁（通過特殊構(gòu)件定義）， 以降低梁剛度， 從而減小地震作用， 降低成本。

4 計(jì)算中若干問題的處理

4.1 連梁超筋。計(jì)算分析中， 個(gè)別連梁超筋經(jīng)常出現(xiàn)。方法一：對(duì)超筋連梁， 加高連梁尺寸；方法二：若方法一收效不大，應(yīng)擴(kuò)大洞口寬度或減小梁截面，增大連梁的跨高比， 減小該片聯(lián)肢墻剛度，轉(zhuǎn)移其承擔(dān)的部分地震力，從而降低連梁內(nèi)力達(dá)到不超筋的目的；對(duì)調(diào)整確有困難的梁，若有其他可靠水平力傳遞路徑也可以通過降低梁的彎剪剛度而不減小梁截面的方法進(jìn)行調(diào)整（通過特殊構(gòu)件定義）。

4.2 剪力調(diào)整?？?剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪力調(diào)整的目的， 是讓作為第二道防線的框架有足夠的安全儲(chǔ)備， 對(duì)僅有少量柱的剪力墻結(jié)構(gòu)， 柱起不到第二道防線的作用， 可以不做剪力調(diào)整，一般認(rèn)為框架柱承擔(dān)傾覆力矩比不到15%的可不進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

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