探讨城市高层住宅剪力墙结构设计的要点

蔡寿富

摘要：剪力墙结构是我国目前混凝土结构工程中使用较多，效果较好的一种结构体系。本文结合经验从概念设计的角度出发，对剪力墙的受力与计算进行了论述，总结出高层剪力墙的基本设计理念，可供参考。

关键词：高层住宅建筑；结构设计；剪力墙布置

Abstract: the shear wall structure is our country at present concrete structure used in engineering is more, the effect is a good kind of structure system. Based on experience from conceptual design Angle, to shear wall stress and the calculation is discussed, and summarized the basic design of the high-rise shear wall concept, available for reference.

Keywords: high-rise residential buildings; Structure design; Shear wall arrangement

中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：

引言

随着国家经济水平的提高，我国城市化进程不断加快，城市人口激增，市场对住宅需求量增大的前提下，多层住宅已经难以适应城市化的快速发展，取而代之的是高层住宅建筑得到了广泛的应用。高层住宅建筑的优点：可以节约土地，增加住房和居住人口，在我国人口密集的大中城市，通过高层住宅建筑可以解决各方面的矛盾。但是高层住宅建筑也有不足之处，如一次陛投资大、公摊面积大、高层住宅建筑的钢材和混凝土每平方米的消耗量都远大于多层住宅，另外还要配置电梯，消防等配套设施。

一、我国城市高层住宅建筑的分类

城市高层住宅建筑一般可以按外部体型分为塔式和板式；按内部空间可以分为单元式和走廊式；如果按结构体系来分的话，钢筋混凝土高层住宅建筑一般采用剪力墙结构、框架一剪力墙结构、框支剪力墙结构。剪力墙结构是一种传统、成熟、受力性能良好的结构形式，优点是结构本身的整体性好，侧向刚度大，在水平作用下侧移小，且房间里没有梁柱等凸出的部位，便于家具的布置。缺点是结构墙体多，布置不灵活，自重大；框架剪力墙结构与框支剪力墙结构通常是为了使用功能上出现大空间如用做商场、办公室等而采取的一种结构形式，整体刚度相对要弱一点，框支剪力墙的受力性能也弱，含钢量相对大于剪力墙结构。结构方案的选择常规是结合业主的意见，建筑本身的使用功能，当地的抗震设防烈度等因素来综合确定。

二、剪力墙的概念设计

概念设计是高层建筑结构很重要的一个环节，所谓的概念设计即尽量从宏观上要把结构的受力构件布置的均匀对称，使受力方向作用到构件有利的一面，避免出现荷载应力集中及刚度偏差太大而发生楼座整体扭转的情况。剪力墙结构常规是指墙肢截面的高度与墙体厚度的比值大于8的结构。在布置剪力墙的时候，尽量布置成“T”形，“L”形，“十”形，“I”形等连续拐弯的墙体，避免出现刚度偏心和扭曲，严格避免设置“一”字形剪力墙，因为“一”字形剪力墙的稳定性及抗震性都很差。

设计剪力墙结构时，还应注意建筑平面图，看是否存在角窗，结构体系角部设置连续的剪力墙对抗震非常有利，设置角窗与不设置相比，结构整体效应影响较大，结构的抗侧力刚度，自振周期，地震作用及扭转等均有不同程度的差异，设置角窗的剪力墙，外墙的内力会明显加大，配筋也会相应加大。同时，角部的连梁与暗柱配筋也会显著加大，扭转效应明显。若业主坚持做角窗，在尽量劝说无效时，应采取以下几项措施：

1)洞口上下对齐，连梁不能过小；

2)角窗附近不采用“一”字形及短肢剪力墙；

3)角窗对应的房间楼板加厚，钢筋双层双向通长布置；

4)角窗两侧的边缘构件沿楼座通高设置约束边缘构件等措施，总之，设置角窗需慎重对待。

剪力墙结构中的连梁常规是作为高层结构中的耗能构件。剪力墙的破坏分为脆性破坏和延性破坏。脆性破坏是指剪力墙的墙肢抗剪能力不够而发生剪切破坏，剪力墙很快丧失承载力，甚至整个楼座突然垮塌。延性破坏一般分两种情况：一种是连梁不屈服，墙肢发生弯曲破坏，但吸收的地震能量较低，设计中应避免该情况出现；另一种情况是连梁屈服，梁端出现塑性铰，耗散大量的地震能量，同样通过塑性铰来传递弯矩和剪力，这是一种理想的受力机制。因此，在结构设计中，必须十分注意连梁的延性要求。

三、 SATWE计算时设计参数的合理选取

计算机程序对楼座的分析计算是概念设计的一个辅助手段，即在正确的概念设计的前提下，对结构进行了一种量化计算。计算时需注意以下几个参数。

3．1 结构自振周期折减系数

根据《高规》4．3．17款规定，當非承重的填充墙为砖墙时，框架结构，框架一剪力墙结构和剪力墙结构的计算自振周期折减系数可按下列规定取值：框架结构：0．6～O．7；框架一剪力墙结构：O．7～O．8；框架一核心筒结构：0．8～0．9；剪力墙结构：O．8～1．0；对于其他结构体系或采用其他非承重墙体材料时，可根据工程情况确定周期折减系数。

对于剪力墙结构，高度不太高，抗震设防烈度低的结构，剪力墙的数量不多，会有不少的填充墙，这时，须注意调整结构自振周期折减系数；对于楼座高度比较高(如2O层以上)，所在地区地震烈度高的结构，根据《建筑抗震设计规范》5．5．1条：各类结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最大的弹性层间位移角限值应满足：钢筋混凝土框架为1/550，钢筋混凝土框架一剪力墙为1/800，钢筋混凝土剪力墙为1/1000，由于结构的刚度要求，这时，剪力墙的数量会增多，填充墙的数量减少，这种情况下，结构的自振周期折减系数可以取到1．0。

3．2 水平力的夹角

SATWE总信息里，水平力夹角这个参数是指地震力，风力作用方向与结构整体坐标的夹角，逆时针为正，单位为度。该夹角初始值为零，由计算程序自动算出，当建筑平面比较复杂或者结构的抗侧力构件非正交时，需要进行多方向验算。当夹角小于l5°时，对结构的整体计算影响不大，当该角度不小于15°时，需把该值输入总信息，重新进行数检计算。

3．3 计算振型数

振型数的选取主要看计算结果，即振型的参与质量不小于总质量的90％ ，在抗震计算时，高层建筑的振型数应适当多取一些，一般不应小于15个，当有效质量系数在90％ 以上时，不需再对地震作用进行放大。

四、结束语

剪力墙结构是高层混凝土结构中比较好的受力体系，整体性与空间作用、承载力均优于别的体系，在满足建筑平面使用的前提下，合理把握关键部分及次要构件，关键部分加强，耗能部位放松，对于整个建筑物的安全及造价影响巨大，这也是结构工程师在设计工作中需要不断提高及改进的。

参考文献：

[1] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[s]．

[2] JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]．

[3] 王艳军．高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J]．山西建筑，2010，36(5)：73-74．