浅析高层住宅错层剪力墙结构设计

■武晓军 ■山西华鼎建筑设计有限公司，山西 太原 030002

1 引言

在建筑结构中，如果采用楼板错层的方式会对结构的受力产生不利的影响，因此一般情况下是不设置错层结构的。但是随着房地产的发展，为了有效的对建筑空间进行充分的利用，以满足多样化的使用功能要求，常常会将一些辅助房间的层高设计的较低，这样就会在结构中产生错层结构形式。对于这种错层结构形式往往会采用剪力墙结构体系。错层结构不仅会削弱楼板结构整体受力的性能，同时还会使部分竖向受力构件出现刚度大，延性差的问题，这在水平荷载的作用下会产生应力集中的问题，不利于结构的抗震性能。

2 工程概况

本工程为某市一住宅小区。该小区地上部位为26层，层高为3m，总高度为78．34m，地下部位为3层。如表1所示为本工程结构设计的基本参数。本工程的基本采用梁筏基本。如图1所示为标准层的剖面图。

表1 本工程结构设计的基本参数

图1 标准层的剖面图

3 计算思路

(1)根据相关规范要求可以知道本工程属于复杂高层建筑结构，因此需要进行超限论证，本工程属于扭转不规则、平面不规则和竖向不规则。

(2)根据相关的规范要求，本工程选取性能化指标C，即小震下满足性能水准1a的要求，中震下满足性能水准2的要求。整个结构按照非线性分析的方式进行计算，允许部分部位接近屈服，但是不得出现脆性破坏现象，对于各个构件的细部抗震构造至少需要满足中等延性的要求。

(3)当对本工程结构体系进行多遇地震下结构计算时，应采用CQC法进行验算。在中震作用下，结构中的薄弱部位或者重要部位的构件不发生屈服的问题。同时采用弹性动力时程分析进行补充计算。

(4)根据相关规范的要求，对于复杂结构，应采用两种不同的结构分析软件进行计算。因此对于本工程结构体系的计算分析采用SATWE和ETABS两种软件进行对比分析，并在综合判定的基础上，选取计算软件的包络图进行配筋计算。

4 多遇地震下结构计算

(1)当对多余地震下结构进行时，采用振型分解法CQC。根据相关的规范要求，对于错开的楼层应各自参加结构整体的计算，不应将其合并为一层进行计算。每个9m高的范围内应按照4个楼层进行输入，4个楼层的高度分别为3m、4．5m、6m以及9m。

(2)计算参数。如表2所示为本工程结构设计计算的基本参数。

表2 工程结构计算参数选取

(3)计算结果。如表3所示为本工程结构振型计算结果。结构第一扭转周期与第一平动周期之间的比值为0．623，根据规范的要求该比值应控制在0．9以内，因此能够满足规范的要求。X、Y两个方向的地震作用下的楼层的最大位移分别为1/1782和1/2304，但是由于没有明显的层，因此可以认定在本次计算中所显示的最大位移与平均位移的比值与实际工程情况存在一定的出入。为了解决这一问题，决定选取几个具有代表性的点进行分析，计算出每个点的位移，并描绘处代表点位移的变化情况。本层与上一层的承载力之比最小值为0．94，根据相关规范的要求，需要控制在0．8以上，因此满足规范的要求。但是由于采用PKPM计算所得到的结果与实际情况存在一定的出入，因此需要采用另一种软件ETABS对其进行计算，并将两个层中本是一片混凝土的墙体进行编号合并，通过该软件的计算结果可以知道层刚比能够满足相关规范的要求。

表3 结构振型计算结果

5 中震地震下结构计算

在本工程结构计算中，对中震地震下结构进行计算，按照不屈服的原则进行结构设计。在SATWE软件分析中，所输入的多遇地震影响因素最大值为0．33，同时将剪力墙和框架的抗震等级选取为4级，其余的参数与前文分析计算中所选取的参数相同。按照总刚法进行结构的计算。根据计算结果，以判定结构体系在中震作用下是否发生破坏。通过计算结果的分析可以知道，本工程错层处的墙体在中震下没有出现屈服，处于完好的状态，同时其余部分的一般墙体同样没有出现剪切破坏的问题。

6 弹性动力时程分析

选取3组地震波进行本工程结构的弹性动力时程分析，分别为RH2TG035、TH2TG035、以及TH4TG035。根据相关规范的要求每条时程曲线计算所得到的结构底部地震剪力墙应控制在CQC法计算底部地震剪力的65%以上，多条时程曲线计算所得到的底部地震剪力平均值应控制在CQC法计算底部地震剪力的80%以上。将多条时程曲线的各层地震剪力平均值与CQC法的各层地震剪力进行比值，并在各层墙、梁的配筋计算中考虑此数值的影响，即可最终确定施工图中的配筋。

7 构造措施

(1)根据工程的具体情况对错层处的剪力墙厚度进行适当的加厚处理。结构从上到下对于错层处的剪力墙均按照约束边缘构件进行考虑。

(2)根据工程的具体情况各个楼层的楼板厚度进行适当的增大。每层楼板均按照双层双向进行配筋。根据相关规范的要求，每个方向单层钢筋的配筋率应控制在0．3%以上。

(3)对于与错层墙体相连的连梁应适当的对其配筋进行加密处理，同时应根据工程的具体情况减小连梁的跨度，并适当的增大连梁的截面。

(4)根据中震屈服计算结果对错层处的剪力墙进行配筋计算。根据相关规范的要求，错层处墙体的配筋应按照0．6%进行配筋。

(5)对于错层处的剪力墙抗震等级应比普通的剪力墙抗震等级提高一级，在本工程中按照一级抗震等级进行考虑。

8 结果评定

通过软件计算所确定的措施和按照构造要求要所确定的措施对本工程错层剪力墙结构进行设计，能够确保各个阶段错层剪力墙结构设计性能满足相关规范和设计的要求。

(1)在多遇地震作用下，本工程错层剪力墙结构体系的各项技术指标均能够满足相关规范的要求，同时采用弹性时程分析对其进行补充计算，并且还采用了ETABS计算软件进行论证。

(2)在中震地震作用下，错层处剪力墙能够满足规范的要求，同时次要构件及耗能构件没有出现剪切屈服的现象。

9 结语

针对当前建筑结构中存在错层情况，应当考虑楼板错层对结构的受力所产生的不利影响。错层结构不仅会削弱楼板结构整体受力的性能，同时还会使部分竖向受力构件出现刚度大，延性差的问题。文章通过结合某高层住宅实例，该工程存在错层结构，属于复杂高层建筑结构，属于扭转不规则、平面不规则和竖向不规则。对本工程结构体系的计算分析采用SATWE和ETABS两种软件进行对比分析，并在综合判定的基础上，选取计算软件的包络图进行配筋计算。从结构受力分析结果表明，层刚比能够满足相关规范的要求;同时提出加强构造措施，为同类工程提供参考实例。

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