某超高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點分析

侯貫澤

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程的不斷加快，城市高層建筑數(shù)量在逐年遞增。人們對建筑工程的施工質(zhì)量要求也越來越高。剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種比較先進、科學(xué)的施工工藝，目前被廣泛應(yīng)用到高層建筑中。該技術(shù)不僅能夠有效促進建筑工程的順利開展，提高工程的整體施工質(zhì)量，而且對建筑工程資源及施工材料起到很好的優(yōu)化配置，經(jīng)濟效率高。不過同時也不能忽視高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的某些問題。本文結(jié)合某一城市高層建筑項目，針對該工程中就高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的一些常見問題提出相關(guān)的解決措施，希望對以后類似工程有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：剪力墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計;抗震設(shè)計

隨著城市人口數(shù)量的劇增，土地問題愈發(fā)緊張，而高層建筑能夠很好解決這一問題，再加上人們生活質(zhì)量水平的提高，對住宅，尤其是高層住宅平面與空間要求越來越高，傳統(tǒng)的普通框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對住宅空間要求，由此產(chǎn)生了“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異性柱框架結(jié)構(gòu)”型式，這兩種結(jié)構(gòu)型式不僅具有剪力墻的優(yōu)勢，同時也吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，能夠很好滿足現(xiàn)代人們對高層住宅的需求。

1 工程概括

本工程為某一城市國際商貿(mào)城市中心區(qū)，是該城市今年的重點開發(fā)項目，本次建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容為其中的兩棟均為50層的超高層住宅建筑。在本次建筑工程中，其結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu)的類別為丙類;設(shè)計使用年限為50年;抗震設(shè)防烈度為7度。

2 剪力墻布置

剪力墻布置的前提必須要符合國家頒布的有關(guān)規(guī)定要求，本次工程主要是針對剪力墻布置中的有關(guān)于短肢剪力墻和梁、墻布置。

（1）豎向剛度均勻。在高層建筑中，建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度起到很重要的作用，其直接受到剪力墻布置的影響。譬如剪力墻沿高度的不連續(xù)都會讓結(jié)構(gòu)沿高度剛度發(fā)生突變，這就要求剪力墻自上到下進行連續(xù)布置。在允許的范圍內(nèi)，沿高度來改變墻厚和混凝土等級，也可以通過減少部分墻肢的方式來讓結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度沿高度逐漸減小。

（2）雙向布置剪力墻及抗側(cè)剛度。在高層建筑中，要求其具備良好的空間工作性能，因此工作人員需要雙向布置剪力墻結(jié)構(gòu)，而在設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)時，是不允許出現(xiàn)單向布置剪力墻，應(yīng)該盡量讓兩個方向的抗側(cè)剛度一致。另外為了最大程度的利用到剪力墻良好的抗側(cè)剛度以及承載力，從而來減輕結(jié)構(gòu)的重量及擴大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，工作人員在布置剪力墻結(jié)構(gòu)時，不宜過密，要讓它有個合適的側(cè)向剛度。

（3）墻肢高寬比。為了發(fā)揮最好的抗震效果，在設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)的剪力墻結(jié)構(gòu)時，要求其具有很好的延性，這就要求剪力墻結(jié)構(gòu)的高寬不得小于3。如果遇到墻長度比較長的情況下，為了讓每個墻段高度比都能夠不小于3的要求，工作人員可以通過采取開設(shè)洞口的方式，把長墻分成長度較小、較均勻的獨立墻段。

（4）剪力墻洞口的布置。剪力墻的力學(xué)性能很大程度上直接受到剪力墻洞口布置的影響，所以需嚴(yán)格按照規(guī)定要求進行布置。①要按照規(guī)則、順序來布置剪力墻洞口，讓墻肢、連梁分布有序，這樣能夠很好保證抗震效果，防止出現(xiàn)墻肢剛度大程度不一致情況;②在布置剪力墻洞口時，有時會碰到錯洞剪力墻和疊合錯洞墻這兩種不規(guī)則開洞的薄弱剪力墻，尤其是疊合錯洞墻，會大大降低結(jié)構(gòu)的抗震能力。這時常規(guī)計算已不適用，只能采用有限元方法來計算其實際內(nèi)力，然后在洞口周邊采取加強措施或者采用其它輕質(zhì)材料來填充，以便讓疊合洞口轉(zhuǎn)化為規(guī)則洞口的剪力墻或者框架結(jié)構(gòu);③無論是規(guī)則還是不規(guī)則的洞口剪力墻，其內(nèi)力和位移計算都必須符合相關(guān)的規(guī)范要求。

（5）剪力墻和加強部位。①在抗震結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)塑性鉸的部位是最適合用來作為加強部位，不宜選用剪力墻頂層或者樓電梯等其它部位;②出現(xiàn)塑性鉸的剪力墻，必須要求其具有很好的延性，工作人員需要在允許的范圍之內(nèi)采取加強構(gòu)造措施，以便更好的加強其抗剪切破壞能力;③為了更好的發(fā)揮抗震效果，在設(shè)計過程中需要適當(dāng)擴大剪力墻的加強部分。

3 短肢剪力墻抗震設(shè)計要求

截面厚度不超過30cm，以及墻肢截面高度和厚度之比在4與8之間的剪力墻（普通剪力墻比則〉8）統(tǒng)稱為短肢剪力墻;若截面高度和厚度比低于4時，這時就需按照框架柱計算。

3.1 應(yīng)用范圍

①在高層建筑結(jié)構(gòu)中，不能一味的都采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。在抗震設(shè)計時如果短肢剪力墻比較多時，就需要布置筒體或者一般剪力墻來形成一起對抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu);②相比規(guī)范中的剪力墻結(jié)構(gòu)規(guī)定值，短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度要稍微低點，7度抗震設(shè)計不得超過100米，而8度則不得超過60米;③B級高度高層建筑和9度抗震設(shè)計的A級高度高層建筑不同于其它級別的建筑，無論有無設(shè)置筒體，都不適宜采用太多的短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu);④不包括剪力墻結(jié)構(gòu)中的個別小墻肢。

3.2 加強措施

為了提高短肢剪力墻的抗震效果，在進行抗震設(shè)計中需要采取以下幾點措施。

①針對短肢剪力墻截面厚度的不一致性，不同地方厚度底部加強部分也是不同的，截面最小厚度的底部，其加強部分不得低于20cm，其它地方則不得低于18cm;針對那些無抗震設(shè)計要求的建筑，需要適當(dāng)降低建筑的最大適用高度以及對墻肢厚度進行適當(dāng)限制;②短肢剪力墻截面不同位置的的縱向鋼筋，其配筋率是不同的。例如底部加強部分，若采用一二級鋼筋，其配筋率不得低于1.2%，三四級鋼筋的配筋率則不得低于10%;其它部分要求會相對低點，若一二級鋼筋，其配筋率不得低于1.0%，三四級鋼筋的配筋率則不得低于0.8%;③為了防止出現(xiàn)短肢剪力墻過早剪壞，工作人員需對剪力墻底部加強部分與其它部分分別進行適當(dāng)調(diào)整，一、二等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2;④抗震設(shè)計時需要考慮到剪力墻的延性，抗震等級不同，各層短肢剪力在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比也是不同的，抗震等級為一、二、三時，其軸壓比分別不得超過0.5、0.6、0.7;至于無翼緣或者端柱的一字形短肢剪力墻，它們的延性相對更弱，所以工作人員要把其軸壓比限值降低0.1;⑤為了從構(gòu)造上讓短肢剪力墻的延性得到更好的提高，工作人員在抗震設(shè)計中，遇到短肢剪力墻比較多情況時，可以把抗震等級提高一級來采用;⑥剪力墻的數(shù)量過多會影響到建筑空間的使用，因此需要適當(dāng)?shù)倪M行限制。工作人員在進行抗震設(shè)計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不得低于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的一半。

4 結(jié)語

隨著建筑空間要求越來越高，對結(jié)構(gòu)形式提出相對應(yīng)要求，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)型式在高層建筑中逐漸得到廣泛應(yīng)用。為了能充分發(fā)揮短肢剪力墻性能，對其不同布置原則進行研究。結(jié)合工程案例，總結(jié)出一些實踐經(jīng)驗如下：（1）對短肢剪力墻布置采取應(yīng)當(dāng)保證豎向剛度均勻;（2）為了發(fā)揮最好的抗震效果，考慮剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好延性，剪力墻結(jié)構(gòu)的高寬不得小于3。（3）剪力墻出現(xiàn)塑性鉸部位不宜選用剪力墻頂層或者樓電梯等部位。同時為了提高短肢剪力墻的抗震效果，建議對底部加強部位的剪力墻配筋適宜加大，宜不采用無翼緣或者端柱的一字形短肢剪力墻，以提高短肢剪力墻延性。

參考文獻：

[1]范重，劉學(xué)林，黃彥軍.超高層建筑剪力墻設(shè)計與研究的最新進展[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011，（04）：28-30.

[2]危建建.超高層建筑抗震性能設(shè)計實例分析[D].南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文，2018.

[3]李路彬，毛允波，王娜，霍文營.高烈度區(qū)某超高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2017，（06）：55-58.

[4]王舜奇，宋化為.某超高層剪力墻結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計[J].山西建筑，2011，（10）：37-39.