软土地高层建筑剪力墙的结构设计

李峰

[摘 要]本文主要针对软土地高层建筑剪力墙的结构设计展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对计算模型的建立和连梁的设计作了详细的阐述和分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

[关键词]高层建筑；剪力墙；结构设计

所谓的剪力墙，是指房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载的墙体。而在软土地地基的施工中，为了保障剪力墙的施工质量，就需要做好有关方面的结构设计，以使高层建筑剪力墙结构的施工得到质的保障。

1 工程概况

某工程总用地面积为75159.4m2，建筑面积为204272.01m2。抗震设防烈度为7度（0.15g），场地类别为Ⅳ类，设计地震分组为第二组，特征周期为0.74s，地面粗糙度分为B类。本工程场地土软弱，位于抗震不利区域，拟对其中的5#楼（31层）进行介绍。这栋建筑地面以上主体结构高度为93.0m，Y向宽度为16.8m，高宽比约为5.5，为纯剪力墙结构，5#楼标准层结构平面图见图1。

图1 5#楼标准层结构平面图

结构的第一平动、扭转周期分别为1.942，1.346s，周期比为0.693，满足规范规定其值小于0.9的要求。不考虑偶然偏心时结构位移比小于1.2，考虑偶然偏心时结构位移比小于1.4。地震作用下，结构X，Y向的最大层间位移角分别为1/1059，1/1010。由于建筑场地土软弱，地震效应巨大，如何满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）（简称高规）中剪力墙结构最大层间位移角不宜超过1/1000的要求，成为本栋楼最大的设计难点。

2 计算模型建立

2.1 计算模型的初步设计

虽然场地土软弱，但高层建筑在结构设计的总体布置上都有着某些共性。首先，高层建筑建模总体原则：增大外围结构的刚度，适当削弱内部结构的刚度。由于场地土软弱导致地震效应大，因此将建筑的外围全部做成剪力墙，普通开窗处做成墙开洞连梁，凸窗处因竖向构件建造受限，做成普通梁外带悬挑板，如此设计是保证结构刚度满足高规要求的前提条件，若没有特殊原因，任何情况下其刚度都不得释放。其次，将核心筒部分包括其相邻结构构件（如强弱电、水暖、送风井等）全部都做成剪力墙，该部分为结构薄弱部位。

2.2 计算模型的进一步完善和调整

由于结构Y向高宽比较大，剪力墙布置对其侧向刚度有着最为直接的影响，经过反复计算，尽管将结构Y向的所有建筑墙体都布置剪力墙（中心处除外），其侧向刚度仍有欠缺，因此继续将Y向所有开门窗洞口部位都做成墙开洞连梁后才能增加其侧向刚度，达到高规的相关要求。

X向剪力墙布置与Y向有较大的区别：一方面X向高宽比较小，不需要布置太多的剪力墙；另一方面由于外墙门窗的影响又不能布置较长的剪力墙，有些部位因为要做突窗而不能布置剪力墙。为协调此矛盾，在X向外围有条件的位置处均布置剪力墙，同时以X向侧向刚度满足高规的相关要求为前提来控制中间部分剪力墙的布置长度。

2.3 X，Y向刚度调整

采用PKPM进行结构建模分析时，剪力墙增加建筑侧向刚度的多少，主要与建筑的高宽比、剪力墙所处的部位以及填充墙的厚度有关，一般为：（1）高宽比越小，其增加的侧向刚度就越多；（2）布置在建筑外围较内部增加得多；（3）200厚填充墙处较100厚的增加得多。因此结构建模时建筑填充墙处做成剪力墙还是做成普通梁上附线荷载，应主要以该方向的位移角是否满足规范的相关要求（同时考虑经济性）为前提进行选取。

对该建筑进行多次计算分析后，可得到如下规律：（1）Y向：在建筑有条件处均应做成剪力墙，在门窗洞口处做成剪力墙开洞连梁；（2）X向：建筑外围200mm厚墙体的处理同1），内部视具体位置做成普通梁上附线荷载，100mm厚处做成普通梁上附线荷载；（3）核心筒处X，Y向处理同1）；（4）中心处（建筑内部厨房、卫生间、阳台集中处），因要考虑扭转对结构的不利影响同时又要保证结构的侧向刚度，该处100mm厚墙体X，Y向均做成普通梁上附线荷载，200mm厚墙体均做成剪力墙。

3 连梁设计

3.1 标准层连梁配筋SATWE数据

通常来讲，连梁分两种情况：一种为因跨高比小于5形成的普通连梁，这种连梁为弱连梁，自身侧向刚度小，纵向配筋相对较大，通常不会出现超筋现象；另一种为墙开洞形成的连梁，若跨高比小于5的话，一般为强连梁，自身侧向刚度大，纵向配筋相对较小，但配箍率较大，通常会出现超筋现象，本文所论述的连梁均为此类型，5#楼标准层连梁配筋SATWE数据见图2。

图2 5#楼标准层连梁配筋SATWE数据

3.2 高规对连梁的规定

連梁具有普通梁的使用功能，其高度不能过高，因此连梁增大楼层侧向刚度的范围将受到限制。5#楼室内门高最小值为2100mm，加上北方寒冷地区做地暖所使用的110mm厚面层，梁的最大高度（未上反）不得超过790mm（楼层层高为3m）。

根据高规第7.2.22条第2款的规定，满足剪压比可初步确定连梁的截面高度；再根据高规第7.2.23条第2款的规定，满足斜截面抗剪承载力可最终确定连梁的截面高度并确定该连梁的最大箍筋量。

3.3 连梁的优化设计

总体上来讲，由于Y向受到的地震作用相对较大，Y向要保证侧向刚度达到高规的要求，其连梁自身的侧向刚度就要较X向大。高规第7.2.26条第1款中提到：减小连梁的截面高度可减小自身的刚度；换句话说，增大连梁的截面高度可提高自身的刚度，因此建模时连梁截面高度为Y向600mm，X向400mm。

此外，个别特殊的连梁应进行单独处理，如图2中椭圆圈定的4根连梁。Y向的两根连梁位于核心筒附近，是上半部分结构与下半部分结构连接的枢纽，受力很大。左侧连梁由首层入口处部分剪力墙不能落地完全开洞（图1左侧椭圆圈定处）而形成，右侧连梁（图1右侧椭圆圈定处）直接由剪力墙开洞形成，两根连梁通过3.2小节计算，最终确定其截面高度均为790mm；X向的两根连梁因靠近连接枢纽，受力也很大，若按照建筑开门所留的长度尺寸做成墙开洞连梁，得到的截面高度将超过1000mm。因此，此处的连梁需要通过开大洞口释放部分刚度，以减小自身受到的作用力，通过多次试算，最终确定其截面高度均为790mm，其他部位的特殊连梁可参照上述方法进行处理。

4 结语

综上所述，剪力墙结构的施工质量对高层建筑的长期使用有着极大的帮助。而为了在软土地上保障剪力墙结构的施工质量，就要事前做好有关方面的设计工作，以最大限度的发挥剪力墙在高层建筑的作用，使剪力墙结构达到经济与安全的和谐统一。

参考文献

[1]王维.高层建筑剪力墙结构设计实例探讨[J].建筑.2014（14）.

[2]赵静、徐红强.高层建筑剪力墙结构设计探讨[J].科技创新与应用.2012（18）.