浅谈剪力墙结构小高层住宅设计

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【摘要】:简要介绍了小高层住宅几种常见的结构形式及其优缺点。结合工程实例介绍了一幢剪力墙结构小高层住宅的设计思路,以及在结构选型、上部错层结构设计、连梁设计、楼板开洞的一些处理方法。

【关键词】: 小高层;剪力墙;连梁;

中图分类号： TU398+.2 文献标识码： A 文章编号：

1.小高层住宅的几种结构形式

目前的高层住宅结构设计大多是根据已经确定好的平面和竖向布置,先假定好构件尺寸,通过电算对个别超限的指标进行调整。很多时候都会产生不必要的浪费。建筑的住宅布置有时候考虑立面造型和内部使用空间,使结构设计上产生一些不合理之处。如结构的刚度偏心和扭转及平面不规则等,这些情况对结构受力及抗震均不利。因此在结构设计时必须强调概念设计,在平面布置和构造设计上使结构更趋合理,同时做到经济合理。小高层住宅结构形式多种多样,主要有以下几种。

(1)框架结构

框架结构一般设计为双向梁柱抗侧力体系，适用于7度区以下及非抗震设计的多层和高层，它的优点是建筑平面灵活，施工速度快。 缺点是抗震性能不好，侧向位移较大，围护结构、隔墙、管道等将遭受较大破坏。对高层住宅而言，梁柱截面偏大，耗钢量大，室内局部净高较低，露梁露柱，有碍观瞻。直接影响到户型的实际使用面积及家具布置。且建筑平面布置需要十分规则。

(2)异形柱框架结构

异形柱框架结构特点类似于框架结构,且柱宽与墙厚相同。解决了室内空间使用的问题。缺点是此种结构形式太柔对抗震不利,房屋适用高度很低。规范对其要求相对较严，致使用钢量较大，而且异形柱框剪结构规范限制总高为45m ，也使其应用受到限制。

(3)框架剪力墙结构

在框架剪力墙结构中既有框架也有剪力墙，只要结构布置合理，可以很好的发挥两者的优点，避开缺点。较多的用在高层结构中。外部框架结构主要承受竖向力,框架布置灵活。电梯井为剪力墙承受大部分水平荷载。此种结构形式比较适合于商业和商住等有大空间需求的建筑。

(4)剪力墙结构

剪力墙结构应用很广，与前三种结构类型相比，剪力墙结构用于小高层住宅技术成熟，且有以下优势：①整体性强，侧向刚度大，抗侧力性能好，②建筑平面灵活，可以做到层高较低而净高较高，层间不露梁柱，简洁明快，有效改善室内空间居住舒适，；③对底部大开间的临街住宅，可采用框支转换，方便使用；④抗震等级低，不需设置约束边缘构件，有效降低用钢量；⑤承重墙与分隔墙结合有效使用，可以增大剪力墙间距与板跨，使用空间大，隔声效果好，有利于高强材料的使用，降低成本。墙面及楼板底表面平整不需要湿作业抹灰。施工周期短，造价底。

(5)短肢剪力墙结构

短肢剪力墙结构是一种剪力墙墙肢较短的特殊剪力墙结构,短肢剪力墙结构布置十分灵活,结构特点也和剪力墙结构类似。在非地震区和地震烈度较低的地方短肢剪力墙结构要更为经济。

2.工程实例

2.1工程概况

本工程为一幢15层小高层住宅(局部11层),长63.2m,宽20.5m。设计使用年限50a,建筑结构安全等级为二级,抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度,地震分组为第二组,设计基本地震加速度值为0.15g,场地特征周期为0.4s,基本风压0.45kN/m2,地面粗糙度为B类。局部有错层为商业用房。

2.2上部结构设计

2.2.1结构选型

本工程为一般的小高层住宅建筑，平面布置图见图1,局部有两层小商业(图1中阴影部位)。根据混凝土结构设计规范8.1.1条规定,现浇剪力墙结构伸缩缝最大间距45m。以及高规3.3.2条A级高度高层建筑规定6、7度时长宽比不大于6的要求。上部结构设置一条抗震缝将结构分为两部分。

图1 平面布置图

根据工程经验7度区15层小高层普通剪力墙建筑剪力墙配筋多为构造配筋。满足建筑物整体刚度需要，本工程采用普通剪力墙结构

2.2.2结构设计、计算

高层建筑结构水平荷载是控制结构内力和变形的决定因素，因此，除考虑建筑功能要求外，结构单元抗侧力结构的布置宜规则、对称、受力明确、力求简单，传力合理，途径不间断，具有良好的整体性。由于建筑平面的限制也有一些对结构不利的地方:

(1)在1―3层局部有错层,使得结构在错层处存在一定的偏心,产生了一定的扭转。

(2)平面布置中形成了凹口,且凹进尺寸超过了结构宽度的30%形成了平面不规则,不利于抗震。

根据本工程实际情况,结构设计按以下几个方面考虑:

(1)剪力墙布置尽可能多布置长宽比大于8的一般剪力墙,且多布置T形、L形、槽形墙体,尽量避免单方向墙体,使得剪力墙双向受力均匀。剪力墙厚度为200mm,错层处250mm。

(2)在凹口处设置拉梁、拉板，拉梁、拉板内配置受拉钢筋。

(3)在错层处适当增加楼板厚度,且双层双向配筋。

(4)加强角部开洞处墙体配筋及构造,转角处楼板适当加厚,且双层双向配筋。

（5）剪力墙上的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明确的墙肢和连梁，各墙肢的刚度不宜相差悬殊。

结构各项计算指标:

（1）最大位移与层平均位移的比值全部不超过1.2,结构整体无扭转不规则。

表1 主要控制参数

作用方向 X Y

楼层最小剪重比

3.2% 3.2%

有效质量系数 99.50% 99.54%

Tn/T1 0.81

楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 1.11 1.05

楼层最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.03 1.04

楼层层间最大位移与层高之比的最大值 1/1104 1/1196

刚重比 14.12 14.32

表2结构自振周期

振型号 周期(s) 平动系数 扭转系数

1 1.1001 0.99 0.01

2 0.9863 0.99 0.01

3 0.8940 1.00 0.00

4 0.8859 0.95 0.05

5 0.8154 0.08 0.92

6 0.7821 0.07 0.93

(2)偏心率。左侧结构偏心率X向0.0309,Y向0.1067,Y方向偏心率偏大;右侧结构错层处偏心率X向0.1905,Y向0.0749,标准层偏心率X向0.0073,Y向0.1075,错层处X向标准层Y向偏心率偏大。

本工程对于高厚比大于8以及高厚比为5―8之间的剪力墙按照高规要求配筋,高厚比小于3的剪力墙按柱配筋,高厚比3―4之间的参照异形柱规程配筋。底部加强区的墙体采取增加边缘构件箍筋和墙体水平筋等措施，避免脆性破坏，提高延性，改善结构抗震性能。

剪力墙结构中的连梁经常会出现超筋的情况。连梁超筋的解决方法有：减小连梁的截面高度，对连梁弯矩和剪力进行塑性调幅，当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作。但连梁本身设计仍必须满足非抗震的承载能力和正常使用极限状态的设计要求，连梁刚度折减系数取较小值，但不应小于0.5,连梁按铰接处理，连梁中部设置水平缝。连梁的配筋采用对称配筋,墙体水平分布筋作为连梁的腰筋;连梁高度大于700mm时腰筋直径不小于10mm,间距不大于200mm;跨高比不大于2.5的连梁腰筋的配筋率不小于0.3%。

剪力墙上开洞，小于300x300的洞口要留洞，洞口四周不设暗柱不另加钢筋，碰到洞口的墙内钢筋可绕过洞口在洞边通过。洞口小于800时，洞口四周应附加钢筋。无法避免错洞墙时，宜控制错洞墙洞口间的水平距离不小于2米。洞边加暗柱。其标准层洞口部位的竖向钢筋应延伸到底层，形成连续的暗柱，并在洞口下设暗梁。对于无法避免的叠合错洞墙，除加强构造措施外，也可采用轻质材料填充将不规则叠合洞口转化为规则洞口。连梁上开洞应在连梁跨度的1/3范围内开洞。洞口配置补强钢筋。

2.3.楼盖结构的设计问题

高层建筑楼盖由梁板形成水平刚性结构，承受竖向荷载，并与竖向构件相连组成整体结构，将竖向荷载和水平荷载有效传递至基础。楼盖相当于水平隔板，提高足够的平面内刚度，可以聚集和传递水平荷载到各个竖向抗侧力子结构使整个结构协同工作。

结合本工程剪力墙结构采用现浇楼盖体系，板的跨厚比单向板不大于30，双向板不大于40，板厚取100~140范围内，当板内敷设设备管线时，板厚不小于110.顶层楼板厚不小于120，双层双向配筋，作为上部结构嵌固部位的地下室顶板板厚不小于180，双层双向配筋，且每层每方向配筋率不小于0.25%。楼板开洞洞口不大于300时，可不设置附加钢筋，将受力钢筋绕过洞边。洞口大于300小于1000时，且洞边无集中荷载时，在洞边每侧配置附加钢筋，每侧钢筋面积不小于洞宽度内被切断受力钢筋总面积的一半。当洞口大于1000时，洞边设置梁。

3.结束语

通过以上的分析我认为在结构方案设计中必须强调概念设计,在平面布置上使结构更趋合理;在初步设计中进一步完善细化方案;在施工图设计中做到精确细致,构造准确。力求整个结构设计安全、经济、合理。

【参考文献】:

【1】中国建筑工业出版社.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例

【2】中国建筑科学研究院.JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程【3】中国建筑科学研究院.CB 50010-2010高层建筑混凝土结构技术规程