高層剪力墻住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計

李 慧 琛

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

0 引言

近十年，太原市發(fā)展日新月異，尤其在城市基礎(chǔ)建設(shè)方面是一天一個變化，城中村改造、棚戶區(qū)改造的進行使城市高層住宅越來越多，體量也越來越大，由此帶來的問題是圖紙設(shè)計的時間越來越少。如何在較短的時間內(nèi)設(shè)計出既經(jīng)濟又安全的剪力墻住宅是結(jié)構(gòu)工程師的一大問題，在經(jīng)濟與安全兩個相互矛盾的問題上找出一個平衡點，是結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該做到的。以下幾點是筆者對高層剪力墻結(jié)構(gòu)的一些個人理解，愿與各位結(jié)構(gòu)工程師一起探討。

1 剪力墻

對于高層剪力墻住宅來說，鋼筋混凝土墻是最重要的豎向構(gòu)件，厚度一般為200 mm～400 mm之間，它具有承載力大和平面內(nèi)剛度大等優(yōu)點，但也有剪切剛度大、平面外相對薄弱的缺點，所以墻體的布置方式及位置很關(guān)鍵，這直接影響整個樓座的質(zhì)心及剛心的位置所在。當(dāng)質(zhì)心和剛心基本重合的情況下，剪力墻受力均勻，配筋相對合理，位移也比較好控制。因此，并不是剪力墻布置的越多越好，剪力墻過多，吸收地震力也大，計算難以滿足。所以，如何正確合理的布置剪力墻，才是高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。

1.1 剪力墻位置要求

在剪力墻高層住宅中，樓座外墻要布置比較長的剪力墻，這樣會使整個樓座的整體剛度比較好，而且會很好的控制樓座扭轉(zhuǎn)。電梯井道(最好全部設(shè)置剪力墻，也會方便施工)、樓梯間也要布置剪力墻，這一部分屬于樓座薄弱區(qū)，布置剪力墻后不僅對樓座剛度有好處，而且不影響住宅功能的使用。住宅高度大于24 m的住宅屬于高層建筑，一般情況，24 m～60 m的高層住宅功能房間剪力墻布置遵循隔一布一，不要所有墻體都布置剪力墻，這樣既經(jīng)濟，又不會使樓座剛度過大，墻體厚度以200 mm為宜。80 m～100 m高層住宅功能房間剪力墻盡可能多的布置剪力墻，只要不影響建筑功能的使用，墻體厚度以200 mm最好，墻體長度盡可能長，底層墻體軸壓比不滿足規(guī)范要求或者墻體抗剪不足時，可局部提高混凝土強度。用高強混凝土?xí)r應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，不要出現(xiàn)混凝土供應(yīng)不足的問題，但也不要高過C60。60 m～80 m的高層住宅介于兩者之間，計算決定。

1.2 剪力墻長度要求

剪力墻長度不易過長，截面高厚比一般大于8，墻體長度也不宜大于8 m，墻體長度大于8 m以后對計算沒有什么實際意義，施工保養(yǎng)不好時也會面臨墻體開裂的問題，解決方法是在墻體中間開結(jié)構(gòu)洞口，結(jié)構(gòu)洞處連梁及洞口約束邊緣構(gòu)件(構(gòu)造邊緣構(gòu)件)按規(guī)范要求設(shè)置。截面高厚比介于4～8屬于短肢剪力墻，一般情況，當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)中由短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的40%～50%時，可以判定是短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)不是很好的結(jié)構(gòu)類型，其承載能力、抗側(cè)向剛度不足，延性很差，一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，短肢剪力墻會首先破壞，并可能發(fā)生樓板的連續(xù)倒塌，住宅高度低時可以適當(dāng)設(shè)置，住宅高度比較高時應(yīng)避免設(shè)置，由于建筑功能不得不設(shè)置時，應(yīng)采取應(yīng)有的措施，軸壓比及墻體配筋率的要求會相應(yīng)提高，必要時墻體內(nèi)可加入型鋼來增大短肢剪力墻的側(cè)向剛度與強度。高厚比小于4的墻體可按框架柱構(gòu)造設(shè)計，但應(yīng)盡量避免，如必須設(shè)置時應(yīng)構(gòu)造加強，提高墻體配筋率。

1.3 剪力墻特殊構(gòu)造要求

高層剪力墻開洞位置應(yīng)上下對齊，可允許少量洞口局部上下不對齊，但應(yīng)采取相應(yīng)構(gòu)造加強措施，如錯開洞口兩側(cè)設(shè)加強暗柱并提高暗柱的豎向配筋率及箍筋的體積配箍率。高層剪力墻住宅開設(shè)轉(zhuǎn)角窗也是經(jīng)常遇到的情況，角部取消剪力墻，不僅減弱了結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度和抗側(cè)力剛度，而且使角窗周圍的剪力墻內(nèi)力增大，配筋增大，造成浪費。從計算角度來說，此處位移也會很大，高層盡量不要采用。如必須設(shè)置時，我們不僅要滿足計算要求，在構(gòu)造方面，也要有一些特殊處理，比如通高設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，增設(shè)角部寬扁梁，轉(zhuǎn)角處樓板厚度不小于150 mm，并按0.25%設(shè)置雙層雙向配筋。如果底部剪力墻厚度大于200 mm時，我們應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果(滿足位移、配筋)由下至上逐漸減到200 mm厚，以滿足變剛度要求。加強區(qū)高度范圍內(nèi)墻體厚度盡量統(tǒng)一，建筑高度大于80 m，最好設(shè)置剪力墻過渡層。

2 梁

梁的位置是根據(jù)建筑條件設(shè)置的，原則上有砌塊墻體下均應(yīng)布梁。其中，客廳上空禁止設(shè)梁(除非結(jié)構(gòu)計算要求)，梁一般按400 mm考慮，當(dāng)梁承載力不足或位移過大時，室內(nèi)梁高可做到門頂(過道梁除外)，外墻梁可按建筑大樣通高設(shè)置。在整體計算位移時，框架梁、次梁與墻連接時均可按固結(jié)考慮，連梁剛度可不折減，但配筋時梁與墻體垂直布置時應(yīng)按鉸接、連梁剛度折減考慮(此舉是為了減小連梁的內(nèi)力設(shè)計值、降低梁的承載力，讓連梁兩側(cè)墻體剛度變大，增大配筋，增加結(jié)構(gòu)的安全度)。為了滿足位移、周期，連梁會做的很大，有時跨高比會小于2.5，連梁超筋過多(高層住宅80 m～100 m)是結(jié)構(gòu)設(shè)計師經(jīng)常遇到的問題，也很難解決，但連梁是耗能構(gòu)件，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，連梁是首先破壞的部位，以保證其他構(gòu)件的安全，所以不要過多擔(dān)憂，超筋連梁只需按照連梁最大配筋率配置即可，連梁的混凝土強度同相鄰墻體的混凝土強度，設(shè)計時應(yīng)特殊標(biāo)注。當(dāng)梁與墻按固結(jié)設(shè)置時，應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件(構(gòu)造邊緣構(gòu)件)或扶壁柱(條件允許的條件下)。陽臺挑梁配筋應(yīng)按照計算結(jié)果適當(dāng)放大，通常為計算配筋的1.5倍。

3 板

樓板布置一般注意以下幾點：首先，作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂板厚度不小于180 mm，應(yīng)采用雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%。如果是基礎(chǔ)嵌固的話，地下室樓層的頂板厚度不小于160 mm，應(yīng)采用雙層雙向配筋，配筋率滿足混凝土規(guī)范要求。大屋頂厚度不應(yīng)小于120 mm，雙層雙向配筋。電梯前室由于設(shè)備管線的安裝，樓板厚度不小于120 mm，同樣雙層雙向配筋，這點很重要，一般結(jié)構(gòu)設(shè)計師容易遺漏。其次，標(biāo)準(zhǔn)層其余樓板作為很重要的水平支撐構(gòu)件，板配筋最好先按最小配筋率雙層雙向設(shè)置，不夠處附加鋼筋。

4 基礎(chǔ)

24 m～60 m高層住宅由于重力荷載比較小，可采取復(fù)核地基。60 m～100 m高層住宅由于重力荷載比較大，可采取樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)對于控制基礎(chǔ)沉降非常好。當(dāng)然，如果地基非常好的話，均可采用天然地基。

5 結(jié)語

高層剪力墻住宅是目前最普遍的結(jié)構(gòu)體系，以上4點設(shè)計要求是結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該首先重點關(guān)注的，也是最基本的。概念設(shè)計是基礎(chǔ)，計算是輔助，結(jié)構(gòu)方案的正確合理永遠(yuǎn)大于繁瑣的計算。