剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析

2018-02-15古咏峰

建材与装饰 2018年20期

关键词：活荷载连梁高层

古咏峰

（广州市番禺城市建筑设计院有限公司广东省广州 511400）

1 工程概述

本次研究将雅居乐某高层建筑作为主要案例，该高层建筑地上22层，建筑物的高度共计78m，地下3层为停车库，为住宅项目。该高层建筑的抗震设防烈度为Ⅶ度，采用剪力墙结构，剪力墙的抗震等级为三级。建筑平面呈水平“8”字的眼镜形状。

2 剪力墙平面和竖向设计

2.1 平面布置设计

剪力墙的平面布置是提升剪力墙设计合理性的重要条件。在剪力墙平面布置的过程中，应建立在对建筑结构特点进行深入了解的基础上，明确建筑物的使用功能，对使用需求进行合理计算，并对剪力墙的平面布置进行适度调整。在特殊的条件下，完全依据建筑要求完成平面布置，会对剪力墙的实用性造成不良影响。

①以作者本工程为例，由于建筑平面呈水平“8”字的眼镜形状，需要在不同角度的房间布置剪力墙，抵抗不同方向地震力的影响。同时每个单元若只沿着一个平面的轴向设置剪力墙，不利于确保剪力墙的刚度符合建筑物承载力需求。一旦遭遇地震，会由此处开始遭到破坏。因为由于两个平面的剪力墙具有不同的刚度，容易导致建筑物的结构发生扭转，产生更严重的破坏。因此，在平面设计的过程中，应将不同方向剪力墙均匀性作为指导依据。②在剪力墙平面结构的设计过程中，若单片剪力墙的刚度过大，也具有一定的消极影响。因为单片墙刚度过大，会导致该墙承受地震作用过大，大震中刚度较大的剪力墙发生破坏后，引起内力转移，造成其他剪力墙剪力过大，导致结构连续倒塌的严重破坏。因此应确保单片剪力墙的刚度适宜，针对墙肢较长的剪力墙，应增设连梁，降低单片剪力墙刚度。③尽量将剪力墙设置在建筑物周边，实现对建筑物机构扭转现象的有效预防。以本工程为例，除了两侧山墙外，建筑物四周均为通透玻璃幕墙，结构专业在周边设置剪力墙受限，因此需加大周边框架高度，并增加小墙肢，形成连梁结构，提高结构整体抗扭刚度；利用建筑物中间的垂直通道，如电梯间、楼梯间布置剪力墙，形成抵抗水平力效率更高的筒体，提高结构整体平动刚度。

2.2 竖向布置设计

①本次研究所选取的高层建筑物，地下室采用的是大底盘结构，高层单体处于地下室靠边位置，因此，在剪力墙竖向结构的设计过程中，应控制高层单塔与大底盘的质心偏心距不大于底盘相应边长20%。②针对高层建筑物，其剪力墙的楼层侧向刚度应大于相邻楼层的70%，以充分满足高层建筑物的抗震需求。以作者设计的本工程，建筑专业为了增加入户大堂的空间，提出在首层剪力墙作出转换的方案，但作者考虑转换结构会引起楼层剪力突变，在地震中带来的不利影响较大，经与建筑沟通，调整上部剪力墙布置，局部增大开间，局部采用悬臂结构，既满足上部结构剪力墙布置，又同时满足建筑功能使用空间。③在设计剪力墙竖向结构的过程中，应始终坚持下部刚度高和上部刚度低的原则，对构件的刚度和界面尺寸进行合理调整，为竖向设置的合理性提供有力保障[1]。

3 竖向荷载对剪力墙的影响

在设计高层建筑物结构的过程中，随着建筑物高度的增加，竖向荷载成为主导因素。①应充分考虑到偏心作用，降低竖向荷载的偏心对建筑结构稳定性和刚度产生的不利影响，维持框架和剪力墙之间的平衡。②在计算剪力墙的竖向荷载时，应充分考虑到不同加载形式对其结构应力产生的作用。③与恒载及水平荷载产生的内力相比，竖向活荷载产生的内力所占比重很小。因此，多数情况下，可不考虑活荷载的不利布置，只用满布活荷载一种情况计算内力，这样可以大大减小计算工作量。在竖向活荷载很大时（大于4kN/m2），必须考虑活荷载不利布置。

4 剪力墙软件计算方法

通常情况下，针对高层建筑物剪力墙的设计，大多将振型分解反应谱法作为主要计算方法，将SATWE软件作为处理和分析数据的主要软件，在剪力墙结构设计过程中，不仅要对抗震设防烈度进行精准计算，还需要充分考虑到不同水平地震作用方向对剪力墙结构刚度造成的影响（如本工程增加45°，135°地震输入角度），制定针对剪力墙水平扭转的预防方案。同时参照相关规范的要求对各个部分的参数进行合理设计。如下结果：连梁刚度折减系数为0.8～0.6，其中地震作用下取0.6，风荷载作用下取0.8。

5 剪力墙连梁设计

剪力墙的连梁设计是剪力墙结构设计的重要组成部分，连梁的设计具有复杂性的特点，不经过反复调整，难以充分满足剪力墙的设计需求。尤其是在高层建筑物的水平作用下，容易在连梁内部产生较大的应力，因此，在设计连梁的过程中，应充分考虑到上述问题，适当增大剪力墙的洞口高度，对连梁刚度的适当折减，实现降低连梁内部应力，转移地震力至剪力墙上，增大墙体配筋。达到对水平力的有效传递，提升连梁设计的抗弯承载力。针对部分存在超筋现象的连梁，应将剪力墙看作为独立墙肢，在二次多遇地震的情况下分析其内部应力。通过以上措施，让结构具有延性特点，不至于局部强连梁破坏后，引起其附近剪力墙受力突变，产生连续破坏。