关于高层住宅楼剪力墙结构设计方案分析

陈武

【摘 要】文章结合工程实例，主要从某高层住宅楼剪力墙结构设计中相关要点进行了总结与分析，主要从结构设计与布置、结构计算、结果分析及构件设计等方面进行了论述，以供建筑结构设计人员参考借鉴。

【关键词】住宅楼 结构设计 结构计算 抗震设计

随着我国经济的不断发展，高层建筑的建设数量不断增多，建筑结构体系也变得越来越复杂，从中给设计人员带来了一些难度，因此需要不断地更新设计理念。近年来，高层混凝土剪力墙结构在住宅建筑中得到了广泛的应用，因此，如何做好高层钢筋混凝土剪力墙结构设计工作具有重要的意义。本文结合工程实例，主要就高层住宅楼剪力墙结构设计要点进行了论述。

1 工程概述

本工程为高层住宅楼，一共28层，地下2层，高85.50米，塔楼均采用剪力墙结构，首层大堂根据建筑需要局部转换；工程场地的设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g；设计地震分组为第一组，场地类别Ⅲ类，场地特征周期值0.45s，标准层结构平面图见图1。

图1 标准层结构平面图

2 结构设计与布置

2.1抗震等级的确定

本工程转换层以下为框架—剪力墙结构，转换层以上为纯剪力墙结构，而应按照现行规范的要求，有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属“框支剪力墙”结构，地上高度85.50m，转换层设在三层楼面（属高位转换），7度抗震设防，其框支框架抗震等级为一级，加强部位剪力墙抗震等级为一级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。

2.2结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变，然而带转换层的结构显然有悖于此，因此《高规》对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来就是要强化下部，弱化上部，盡量避免出现薄弱层。可采用的方法有以下几种：

（1）与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。这是增大底部刚度最有效的方法。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还通过与建筑专业协商，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片L型剪力墙也落地。这些措施大大增强了底部刚度。

（2）加大底部剪力墙厚度，减小上部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙厚度取为300～500mm，上部厚度取为200mm。

（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太多。

（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用C55混凝土。

2.3结构平面布局

工程转换层下部为框架-剪力墙结构，体形复杂，不规则；转换层上部为纯剪力墙结构，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置经过多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余部位剪力墙布置分散、均匀，且尽量沿周边布置，以增强整体抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.81，各楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值的比值不大于1.4，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。

3 结构计算与结果分析

本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》SATWE进行分析计算。计算时柱脚从负一层起计计算结构层数。计算时地下室顶板作为嵌固端。计算结果如表1所示。

表1 2栋1座楼住宅（28层）前六个结构计算周期

振型号 周期 平动系数 扭转系数

1 2.0417 0.97 0.03

2 1.9651 0.99 0.01

3 1.6544 0.04 0.96

4 0.6295 0.98 0.02

5 0.5049 0.99 0.01

6 0.4411 0.02 0.98

X方向的地震作用最小剪力系数为1.77%，Y方向的地震作用最小剪力系数为1.91%。最大层间位移见2表：

表2 2栋1座楼住宅（28层）最大层间位移

荷载或作用 作用方向 层间位移 层间位移限值

地震作用 X 1/1614 1/1000

地震作用 Y 1/1254 1/1000

风载 X 1/1492 1/800

风载 Y 1/864 1/800

转换层位于三层，转换层上下刚度比为：

X方向：0.9839 Y方向：1.1982

结论：2栋1座楼周期、位移均正常，符合规范要求。

4 构件设计

4.1框支柱

框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。该工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ12@100，全长加密，且配箍率不得小于1.5%。在工程中，个别框支柱还兼作剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率（C55混凝土）即为1.82%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配，底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加，因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。

4.2框支梁

框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其墙上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。工程框支梁宽度为500～1000mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备。一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因此应配置足够数量的腰筋，腰筋采用φ18，沿梁高间距不大于200mm。框支梁受剪力很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强，譬如某根700宽框支梁箍筋采用φ16@100六肢箍全长加密，配箍率达到1.18%。

5 结束语

综上所述，本文通过工程实例针对剪力墙结构设计要点进行分析，在进行建筑结构设计过程中，不仅要满足建筑的使用功能的要求，而且要使结构体系更加合理。同时，在结构的选型和布置时，需要充分考虑到建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等方面的问题，以实现建筑结构合理化目标。

【参考文献】

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》 （ JGJ3-2010）修订版

[2]覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2010.