高层住宅剪力墙结构设计控制及调整

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摘要：高层住宅设计中广泛采用剪力墙结构，本文给出了剪力墙结构的布置原则及设计时的注意事项；汇总了剪力墙结构计算的各个设计指标以及对应的调整方法。

关键词：高层住宅；剪力墙结构；设计指标；调整

随着社会进步，科技发展，人们对住宅的功能要求越来越丰富，建筑设计越来越符合功能和审美的要求；为实现建筑的要求，结构选型主要与其使用功能直接相关，同时拟建场地的地理位置，抗震烈度也是影响结构选型的重要因素。为提高土地利用率，建设单位提倡建设高层住宅，以满足市场的需求及企业自身经济效益的要求；目前高层住宅成为人们的主要居住形式，高层住宅主要的结构形式多为剪力墙结构。

1剪力墙结构的特点

剪力墙结构是由竖向剪力墙和水平楼面梁板组成的结构。剪力墙既作为承受水平和竖向作用的构件，又有分隔房间的作用。其布置原则除了应满足建筑使用要求，对结构受力是否合理至关重要，剪力墙布置是否合理进一步决定了该建筑的建设费用，所以更多的建设单位在前期建筑方案及与相应的结构选型上尽量优化，而达到节省造价的目的。

2建模时的注意事项

（1）剪力墙：目前结构常用计算软件：中国建筑科学研究院开发的软件PKPM，北京盈建科软件股份有限公司编制的软件YJK，均可进行剪力墙结构的计算。（2）剪力墙平面布置原则：根据建筑平面图：①外墙可布置为剪力墙，增加建筑平面的抗扭刚度。②内墙布置时，平面均匀对称布置，竖向连续，避免楼层错洞保证剪力墙边缘构件上下连续贯通，同时避免墙肢开洞过大形成抗震性能较差的短肢墙（短肢剪力墙指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙）。③剪力墙的截面厚度及构造配筋应根据实际工程剪力墙部位及抗震等级，参见《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》7.2.1，10.4.6，《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》（以下简称抗规）6.4.1，6.4.3条。④内墙长度除应满足建筑条件，还要考虑墙下桩最小桩间距的要求，例如：常规设计时，桩直径700mm，桩间距不小于3倍桩径，加上0.5倍的桩径，建议上部剪力墙的长度为2500mm，上部如有结构洞口，宜尽量使洞口避开桩位。⑤内墙上开设除门洞外的结构洞口保证施工时通过洞口能达到建筑平面的任何位置。⑥阳台宜用挑梁做悬挑阳台，如需布置剪力墙，应同建筑专业沟通。（3）梁的布置：隔墙下方设梁，用于承担上部隔墙的重量及支承楼板。梁宽一般为200mm，若建筑要求隔墙厚100mm，且隔墙上部不能设置200mm宽的梁时，需要在楼板该隔墙的位置上增加板上线荷载，并适当增加板厚，楼板配筋计算时需满需承载力挠度及裂缝的要求。板面钢筋直径取值建议不小于8mm，施工时应防止踩踏板顶，梁与剪力墙面外相交，计算时该梁端点铰接，减小梁端弯矩对剪力墙的面外弯矩，保证剪力墙的轴向受力。

3设计指标及相应调整方法

结构设计中，剪力墙结构的布局是否合理，计算结果是否满足规范要求，需要进行结构建模分析计算，来分析结构整体的剪力墙布局是否满足规范限值，下面列出七种结构整体指标及对应的调整办法：（1）位移角：楼层层间最大水平位移与层高之比，高层剪力墙设计时，层间位移角作为一个重要指标，其影响因素主要为建筑高度，建筑平面长宽比越大，端部位移角越大，调整布置剪力墙时，结合建筑墙体的位置，加强外围剪力墙布置，平面布置均匀对称，平面布置时刚心和质心尽量重合来减少扭转；根据《抗规》6.2.13.2条文解释，算地震内力时，剪力墙连梁刚度可折减，计算位移时，连梁刚度可不折减。层间弹性位移角限值不满足要求，但相差不大时，可增加混凝土的标号，设计时尽量通过调整墙体布置，来增加建筑的刚度。剪力墙结构弹性层间位移角限值不大于1/1000。（2）位移比：偶然偏心的规定水平力作用下，水平位移或层间位移最大值与平均值的比值。来判断平面是否扭转不规则，当位移比大于1.2时判断为扭转不规则，但不应大于1.5。扭转不规则模型计算时，考虑双向地震。调整方法同位移角中的调整要求。（3）周期比：Tt/T1≤0.9（0.85）其中Tt：扭转为主的第一自振周期、T1：平动为主的第一自振周期，A级高度限值为0.9，B级高度限值为0.85。当周期比不满足时，应增加外围墙体的刚度，在满足层间位移角和位移比要求的情况下，增加洞口宽度，减小连梁高度，减小剪力墙长度，等降低整个平面的平均刚度，这些措施可使周期比满足规范要求。（4）受剪承载力之比：根据《抗规》3.4.3，3.4.4条判断是否为薄弱层，当抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%就为薄弱层，但抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%；结构设计时避免出现薄弱层，当出现薄弱层时，首先应尽量增加薄弱层墙体的墙长及墙厚，设计时确无避免时，地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数。（5）有效质量系数：高规规定，计算振型数应使各振型参与质量系数大于等于0.9，当该系数小于0.9时，模型计算时增多振型个数。（6）剪重比：《抗规》规定任一楼层的水平地震作用标准值的楼层剪力VEKi>λ∑nj=iGj，∑nj=iGj为该楼层及以各层重力荷载代表值之和，其中λ为地震剪力系数，不应小于《抗规》表5.2.5表内系数，当改层为薄弱层时，不应小于1.15倍表内系数。（7）刚重比：判断高层结构的整体稳定，应满足《高规》公式5.4.4-1：EJd/H2G≥1.4，当刚重比不满足要求时，需要增大竖向构件的抗侧刚度。当EJd/H2G≥2.7时，可不考虑重力二阶效应引起的不利影响。小于2.7时应计算重力二阶效应，计算参数的选取在设计信息中，勾选二阶效应计算方法选项。

4工程实例

某高层住宅，地上33层，层高3.0m，地下2层，地下室层高由上至下分别3.2m，3.0m。建筑平面长44.6m，宽度15m，结构主体高度99.2m，地震烈度为Ⅷ度，地震加速度为0.2g，地震分组为第二组，剪力墙抗震等级为一级。因本工程建筑高度较高，且建筑户型为大户型，每个房间面积较大，分隔房间的横墙较少，软件建模时，按本文2项中墙体和梁的布置原则进行布置，输入荷载，计算参数等进行结构计算；该工程模型反复调整试算后，结果如下：（1）层间位移角：因Y向墙量较少，增强连梁，增加混凝土标号C40至地上22层；最终调整至X向纵墙方向，Y向横墙方向最大层间位移角分别1/1350，1/1001小于规范限值1/1000。（2）位移比：规定水平力作用下偶然偏心情况下X+方向最大为1.05，X-方向最大为1.01，Y+方向最大为1.17，Y-方向最大为1.17，位移比均小于1.2满足规范要求。（3）周期比：本工程Tt=1.401，T1=2.045，Tt/T1=1.401/2.045=0.685≤0.9，满足规范要求。（4）受剪承载力之比：计算结果总信息中，X，Y方向最小楼层剪力承载力之比分别为0.83，0.84，均大于0.8，不属于薄弱层，无需进行剪力调整。（5）有效质量系数：计算参数中振型数取15个振型，计算结果，X，Y方向的有效质量系数为分别为95.24%，93.29%。两个方向均大于0.9，满足规范要求。（6）剪重比：X，Y向水平地震剪重比分别为4.26%，4.48%，均大于3.20%，满足规范要求。（7）刚重比：X向刚重比EJd/H2G=8.15，Y向刚重比EJd/H2G=6.35。两个方向的刚重比均大于1.4，能满足高规的稳定验算要求；且大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。上述内容为整体设计指标计算，要完成结构模型阶段的设计分析，还需要对每个结构构件的计算结果进行复核，是否满足相应规范，核对计算文件中的超限信息，进行单个构件的调整修改。

5结语

剪力墙结构在高层住宅中广泛应用，实际工作中该类设计任务较多，且设计时间较紧张，设计计算作为结构设计工作的主要耗时内容，为提高工作效率，本文总结了以往的工作经验，给出实际剪力墙结构工程设计时剪力墙，梁布置的注意事项，及各个设计指标的规范限值及调整方法，对提高结构建模分析计算的效率有一定作用。

参考文献

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.

[3]崔东方.剪力墙结构在房屋建筑结构设计中的应用[J].山西建筑，2017，43（13）：38-39.

作者:刘晓娟 单位:太原市城乡规划设计研究院