高层住宅剪力墙结构设计策略

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1结构设计要点

1．1剪力墙结构设计

1．1．1剪力墙布置剪力墙结构是高层建筑中常用的结构形式之一，剪力墙在其自身平面内的刚度都很大，在水平荷载作用下侧移较小，结构抗震及抗风性能都较强，承载力要求也较容易满足。剪力墙按所开洞口的大小，可分为整体墙、小开口墙、联肢墙、壁式框架等几种形式：按墙肢总高度与厚度之比的大小可将单片剪力墙分为高墙(H／bw>2)、中高墙(1≤H／bw≤2)和矮墙(H／bw<1)等三种；剪力墙按高厚比可分为一般剪力墙和短肢剪力墙，一般剪力墙指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙；短肢剪力墙指截面厚度不图1高层住宅小区效果图大于300mm、各肢截面高度与厚度之比为48的剪力墙；墙肢截面高度与厚度之比小于4时，应按柱设计。

1．1．2剪力墙计算剪力墙应进行平面内的斜截面受剪、偏心受压或偏心受拉、平面外轴心受压承载力计算。在集中荷载作用下，墙内无暗柱时还应进行局部受压承载力计算。规范明确规定，抗震设计的双肢剪力墙中，墙肢不宜出现小偏心受拉；当任一墙肢大偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设计值及剪力设计值应乘以增大系数1．25。这主要是因为如果双肢剪力墙中一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢可能会出现水平通缝而失去抗剪能力，由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致其抗剪承载力不足。当墙肢出现大偏心受拉时，墙肢易出现裂缝，使其刚度降低，剪力将在墙肢中重分配，此时可将另一墙肢按弹性计算的剪力设计值增大(乘以1．25系数)，以提高其抗剪承载力。剪力墙结构计算软件很多，可采用三维杆一系薄壁柱空间分析方法或空间杆一墙组元分方法，其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应采用空间杆一墙组元程序进行校核。在软件输入过程中，剪力墙输入主要有两种方式，一是按墙肢输入，墙肢之间设钢筋混凝土梁；另一种是直接输入整片墙，然后在墙体开洞。同～结构按两种方式输入，计算结果有一定的差别，这主要与软件的计算简化模型有关。

1．1．3剪力墙连梁设计在剪力墙结构中，梁主要有框架梁(跨高比大于5)和连梁(跨高比小于

5)两种，框架梁应按框架结构的框架梁设计，对于连梁，竖向荷载下的弯矩所占比例较小，水平荷载作用下产生的反弯使它对剪切变形十分敏感，容易出现剪切裂缝。对连梁超筋有两种处理方式，～种是将连梁刚度折减或将连梁弯矩及剪力进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高；另一种是减小梁截面，这种方式往往受实际情况限制。剪力墙结构中的连梁是一个耗能构件，而在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不宜在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，而应按普通框架梁要求，控制混凝土压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70％~80％来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。这一点应引起设计者注意。

1．2风荷载输入

1．2．1体型系数因《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)没有明确该种结构的体型系数，根据规范要求，参考近似标准体型，结合本工程结构平面布置，经过近似计算，本工程体型系数x向为1．29，Y向为1．3，计算时两个方向均按1．31R值。《高层建筑混凝土结构技术规程》规定对风荷载比较敏感的高层建筑(一般情况下为房屋高度大于60米的高层建筑)，承载力设计时应按基本风压的1．1倍采用。

1．2．2干扰系数当多栋或群集的高层建筑间距较近时，应考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单栋建筑的体型系数s乘以相互干扰增大系数本工程为高层住宅小区，应考虑该系数。参考国内外风荷载实验数据，本工程应考虑的干扰系数近似取X向为1．15，Y向为1．25。

1．2．3体型系数输入本工程风荷载体型系数取x向为1．495，Y向为1．625。但在软件输入时遇到问题：普通风荷载体型系数在SATWE软件参数中，x向和Y向必须取一样，这就给设计带来了麻烦，如果都按x向输入，Y向结构计算不满足要求；如果都按Y向输入，x向风荷载比实际大，会造成材料浪费。经过不断摸索，找到了两种解决方法：一是在PMSAP软件输入，该软件在风荷载系数输入时，x向和Y向参数是分开输入的，可以实现两个方向取不同的数值输入；另一种方式是在SATWE软件输入特殊风荷载，特殊风荷载选项可以实现两个方向输入。最后决定按SATWE计算结果设计，并参考PMSAP计算结果。

1．3主要计算结果

本工程抗倾覆验算结果见表1。

1．4基础设计

本工程地基承载力特征值为fak=180kPa，持力层为强风化泥岩，结合当地施工水平及施工周期，本工程采用梁筏基础，筏板厚度为500mm，筏板外挑长度为1200mm。为满足计算要求，在地下室增加了部分剪力墙，地基梁按普通弹性地基梁计算，电梯井周围做深梁设计，以满足电梯安装及结构设计需要。电梯井基础处理做法如图2所示。

2剪力墙结构设计措施

2．1电梯间周边板厚加厚

考虑电梯井开洞影响，设计时宜将电梯井周边楼板均加厚至120。150mm，并采用双层双向配筋的方式处理。

2．2悬挑构件双层配筋

为防止高层悬挑构件承受反向风荷载吸力，设计时一般将悬挑构件均按双层双向结构配筋。此外，为节省钢筋，现在楼板一般采用冷轧带肋钢筋，但考虑冷轧带肋钢筋韧性较差，悬挑构件配筋应禁用冷轧带肋钢筋。

2．3选择正确的墙体配筋出图方式

软件出图时，有两种方式，一是在图中集中标注，这种方式便于施工，但由于出图比例受限，往往施工图中比例太小，不易看清，如果比例不受限制，可以采用这种方式；另一种方式是平面图仅标注编号，每个墙肢均画大样，这样图纸清晰，但需施工单位仔细核对图纸。

2．4梁相交处宜改为铰接

由于剪力墙之间的连梁或框架梁刚度较弱，设计时，宜将搭在连梁或框架梁上的次梁支座改为铰接计算。

2．5粱与墙垂直相交处的处理

梁与墙在平面外相交时，按规范要求主要有以下几种处理方式：一是在梁‘支座处设扶壁柱或沿梁轴线方向布置剪力墙，但这样会影响美观；二是将支座处改为铰接；三是在支座处墙内设型钢或暗柱，提高支座处墙体刚度。本工程采用铰接处理。对于搭在剪力墙上的框架梁，为满足框架梁纵筋在支座内的水平锚固长度，可采用减小梁纵筋截面，或采取粱纵筋端部焊接短钢筋、焊接钢板等机械锚固措施两种方式。

2．6普通剪力墙宜按短肢剪力墙结构验算

普通剪力墙结构内往往有部分短肢剪力墙，为保证结构安全，在概念判断结构为普通剪力墙结构的前提下，设计者应按短肢剪力墙结构复核计算，保证在规定的水平地震力作用下，一般剪力墙承受的底部地震倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的70％。当无法满足要求时即视为具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构(短肢剪力墙结构)，此时在规定的水平地震力作用下，一般剪力墙承受的底部地震倾覆力矩不宜小于结构底部总地震倾覆力矩的50％。

2．7墙体开洞处理

对于门洞和窗洞，设计时按实际情况输入计算，为减少结构刚度，窗洞一般按门洞设计，再用轻质墙体填充窗台；但有些墙体小洞设计时未加考虑，所以规范要求墙体开有非连续的小洞，且计算时不考虑其影响时，应将洞口被截断的分布筋集中布置在洞口周边，且钢筋直径不应小于12ram，应在施工图说明中提出明确要求。