某高层住宅混凝土剪力墙结构的抗震设计方法的探讨

张城雨

上海宝冶集团有限公司 上海 200941

引言

随着城镇化的快速发展以及居住水平和生活方式的转变，高层住宅建筑近几年的使用率急增，而住宅建筑的抗震设计越来越重要，尤其是对一些地震频繁发生地区的高层住宅建筑物，其破坏和倒塌的后果就更加严重，抗震要求更加要提高。

下面列举某个项目的8-4#楼单体结构设计进行详细说明。

1 工程概况

本项目建筑面积，含保温，地上总建筑面积10026.36m2，地上地下总建筑面积10598.74m2，地下一层自行车库，层高2.7m，地上18层，层高2.8m，建筑高度52.5米，屋顶有飘架造型；左侧带自行车坡道，结构形式为剪力墙结构，抗震设防烈度为七度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度0.10g，场地类别上海IV类，Tg=0.9秒，建筑结构阻尼比0.05，水平地震影响系数最大值多遇地震为0.08，罕遇地震为0.50。建筑结构的长×宽尺寸48.9m×17.6m，户型面积紧凑，由于房间使用功能，导致结构凹凸不平，本建筑北侧对称轴处平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于平面布置不规则的结构，较普通建筑物薄弱[1]。

2 抗震设计分析

本单体主体结构采用pkpm2010v2.2版本进行整体计算，除了按照《建筑抗震设计规范》要求的抗震措施，例如：以上的设计数据，地震力的计算，截面抗震验算，抗震变形验算，各构件的计算要点等等。还有规范要求的剪力墙基本抗震构造措施，例如：墙梁板的截面大小，配筋率，钢筋间距，边缘构件的轴压比，混凝土标号等等。实际计算时严格按照规范要求的各抗震措施，并依据上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则，确保结构平面布置及计算不超限[2]。

在施工图设计中，还要综合考虑整个建筑的稳定性，牢固性等特点，依据计算结果判明其应力集中，变形集中或地震扭转效应等导致的易损薄弱部位，在薄弱部位采取合理的抗震加强措施，例如：

（1）本建筑北侧对称轴处平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于超限结构，考虑此处为结构的薄弱位置，中间楼板形成细腰，容易断裂。需要在此处采取抗震措施，增设2m宽的抗震拉板，使结构能有效传递水平力，在抗震设计加强的前提下，抗震构造更加要加强。

（2）本建筑南侧（图1）阳台附近有小凹口，此处水平力传递受阻，我们在不影响建筑使用功能的前提下，把梁拉通，使X方向水平力得到有效传递，对整体结构受力有利，考虑此处为结构的薄弱位置，不仅抗震设计加强，抗震构造更加要加强[3]。

图1 抗震措施加强部位二

（3）根据pkpm计算的结果，每一层的侧向刚度均大于其相邻上一层的70%，或大于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%，依据抗震规范，可以判定为本建筑的竖向布置规则，不需要再另外加强抗震措施。

（4）扭转周期比。C8-4#楼 satewe计算周期信息见表1。

表1 satewe计算周期信息

地震作用最大的方向 =0.063(度)

有效质量系数X向94.97%，Y向95.15%。振型数量满足要求。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010条文说明3.4.1表1中列举特别不规则项目第2条，扭转周期比的限值0.9，本建筑由satewe计算周期信息中，扭转周期比1.3340/1.5173=0.88，满足建筑抗震设计规范强制性条文要求[4]。

（5）结构层间位移角及层间位移比（satewe位移输出），层间位移角见表2。

表2 层间位移角

层间位移角均满足规范要求。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010表5.5.1弹性层间位移角限制中规定，钢筋混凝土抗震墙、筒中筒结构的位移角限制为1/1000。

（6）结构层间最大位移比（地震作用考虑偶然偏心作用）见表3。

表3 层间最大位移比

层间位移比均满足规范要求。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第3.4.4条第1条，平面不规则二竖向规则的建筑，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：扭转不规则时，应计入扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍。本结构的层间位移比均满足抗震规范要求[5]。

3 抗震措施

在抗震设计计算时，遇到很多不满足抗震规范的问题，如连梁超筋，墙柱轴压比及配筋超限。经过一次次的调试验算这些问题逐一解决。但是有几点问题，需要引起重视。

3.1 连梁

在PKPM设计软件中，程序自动检查跨高比小于5的梁，然后自动定义为连梁，而《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010条文说明7.1.3解释两端与剪力墙在平面内相连的梁为连梁。所以我们需要对模型中连梁按层进行特殊构件补充修改，确保连梁没有遗漏。

由于连梁两端墙肢的不均匀压缩，会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力。我们在设计时，会采取降低连梁内力的各种措施，如：增大剪力墙的洞口宽度；在连梁中部开水平缝；在计算内力和配筋时对连梁刚度进行折减；对局部内力过大层的连梁进行调整等[6]。

因此，在实际的工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考虑以下几个方面：

（1）关于连梁刚度的折减

连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010的5.2.1条文说明指出对于重力荷载、风荷载作用效应计算不宜考虑连梁刚度折减；对有地震作用效应组合工况，均可考虑连梁刚度折减。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的6.2.13条文说明2指出计算位移时，连梁刚度可不折减[7]。

（2）增加连梁跨度、减小连梁高度

在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。

3.2 提高混凝土强度等级

混凝土强度等级提高以后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限[8]。

3.3 地下室顶板作为上部结构的嵌固部位

地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，要满足抗震规范的一些相关要求：①结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍。②地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍。③顶板采用现浇梁板结构，板厚不宜小于180mm。混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

4 结束语

通过工程项目实例，在类似的高层住宅建筑抗震设计计算时，从结构选型，平面抗侧力构件布置，再到运用软件电算，得到以下结论：

（1）根据结构布置，在结构平面凹进处增加2m拉板，避免形成细腰结构，使得结构平面凹进的尺寸，小于相应投影方向总尺寸的30%，满足抗震规范的要求。

（2）通过调整连梁，墙柱轴压比，提高混凝土强度等级，合理选取上部结构嵌固端等抗震措施，来满足抗震规范的要求。