基于高层建筑剪力墙结构设计研究

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摘 要：钢筋混凝土结构由于其具有间距大、通风好、采光条件优越等特点，所以在高层住宅建筑设计中得到广泛的应用。文章主要高层建筑住宅实例，针对高层住宅剪力墙结构设计中注意要点进行了探讨，从中不断地提高住宅建筑结构的抗震性及保证建筑使用的安全性。

关键词：高层建筑；剪力墙结构；概念设计；基础设计

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

随着社会经济的繁荣，我国小高层建筑发展迅速，结构体系日趋多样化，设计思想也在不断更新，高层钢筋混凝土框架结构越来越广泛应用于建筑中，高层钢筋混凝土框架结构设计有着光明的应用前景。

一、工程概况

某高层住宅小区，总建筑面积为 625430.10m2，七栋塔楼地上14层带 1层地下室，五栋七层塔楼，不带地下室。住宅设计使用年限为50年，建筑耐火等级为二级。抗震设防烈度为七度，主体为剪力墙结构，地下室为框架结构。地基基础设计等级为乙级。本文主要就高层建筑剪力墙结构设计要点进行论述。

二、概念结构设计

概念设计在工程设计中需要结构设计人员布置剪力墙时在结构平面上尽量使 x向和 y向抗侧刚度接近，剪力墙不宜过多以免刚度过大，在梁系布置上也应力求受力明确，传力路径简捷，避免梁系为多重搭接传力，造成安全隐患。在竖向布置上也要力求均匀，避免少数楼层出现敏感薄弱部位，使结构整体形成均匀的抗侧力结构体系，在此基础上，结合电算才能作出安全、经济、合理的结构。在本工程住宅楼主体剪力墙时，x向剪力墙墙肢较短，y向剪力墙墙肢较长，墙肢尽量多做成带翼缘的L形、T形等，不做“一”字形短墙；高厚比多在8以上，通过这些措施使结构总体指标控制在规范允许范围内。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。譬如说若刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，影响建筑物的使用。

对于高层住宅合理的刚度取 1/1000~1/2500，刚重比在10~15之间，周期约为层数的0.06~0.08倍之间。另外，对结构布置扭转的控制，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该楼层平均值的 1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。该工程计算结果x方向地震作用的楼层最大层间位移为 1/1324，y方向地震作用的楼层最大层间位移为 1/1594，均小于《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)第 4.6.3条要求的1/1000；x方向的位移比为 1.12，y方向的位移比为1.21，均不大于1.2，满足“高规”第4.3.5条的要求。刚重比为10.8，自振周期为1.0123s，均在合理范围内。

三、基础结构设计

目前的剪力墙体系由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。基础多采用筏板基础。合理选择筏板厚度及边缘挑出长度也直接影响结构整体安全和工程造价。该工程上部14层带 1层地下室，根据勘察报告，取筏板厚为1000mm，经细算后筏板可减至800mm。由于地库室为单层框架结构，筏板基础厚度计算后定为250mm，为解决柱对筏板的冲切，对柱下局部范围加厚（见附图1）。经此处理经济性明显。因此，基础选型应作方案比较，才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值，对小高层来说一般筏板厚初选时可按楼层数计，即每层按 50mm厚增加。如14层建筑则初选可取 600mm厚试算，试算后根据筏板配筋情况再逐步加大或减小。筏板厚度及配筋与地基持力层的承载力和压缩模量有关，同时应考虑桩冲切、角桩冲切、墙冲切、柱冲切及板配筋等多方面的因素进行优化调整才能取得较满意的结果。

筏板长度的设置也需进一步研究探讨，由于考虑地下室的使用合理性，常规采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝。本项目采用添加剂以补偿混凝土的因水化热引起膨胀与收缩，或采用纤维混凝土等方法在一定范围内可不设或少设后浇带，并且对所设后浇带采取必要的保护和加强措施。该工程地下室长134m，大于规范要求的55m，故筏板基础采后浇带来解决结构超长的问题。并在塔楼与地下室之间设置后浇带，解决两种不同荷载之间的不均匀沉降问题（见附图2），效果良好。

四、剪力墙结构设计

4.1 剪力墙合理的布置

剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且x，y两向的刚重比接近。在结构布置应避免“一”字形剪力墙，若出现则应尽可能布置成长墙( h /w > 8)；应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的 2.5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件时两个方向均应布置成长墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍及8倍以下为短肢墙，大于8倍则为普通墙。该工程剪力墙布置后，刚心和质心x向在同一位置，y向相差0.5m，大大减小了扭转效应；主梁搁置在剪力墙上的，在相应部位设置暗柱，以控制剪力墙平面外的弯矩。

4.2剪力墙配筋及构造

4.2.1剪力墙配筋

本工程剪力墙一层墙厚为 250mm,其余地面以上墙厚均为200mm，水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。六层以下水平筋￠10@ 200双层双向，双排钢筋之间采用￠6 @ 400拉筋；六层以上￠8 @ 200双层双向，双排钢筋之间采用￠6@ 600拉筋。地下部分墙体竖向配筋￠14@ 200为主要受力钢筋，水平筋则构造配置，该工程均取￠12@ 150。地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，简化计算后由竖向筋控制。为增大计算墙体的有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第 4.1.6条规定：迎水面保护层应大于50mm。

4.2.2 剪力墙边缘构件的设置

试验研究表明，钢筋混凝土设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比，其极限承载力提高约40%，耗能能力增大20%，且增加了墙体的稳定性，因此一般一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件；其余剪力墙应按《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件。

对于本工程剪力墙来说，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7%，一般部位0.5 %；对于短肢剪力墙，应按《高规》第7.1.2条控制配筋率加强区 1.2 %，一般部位1.0 %；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按《高规》控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%，而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往按长肢墙进行暗柱配筋并不妥当，建议有两种方法：其一，计算中另一方向短肢不进入刚度，则配筋可不考虑该方向短肢影响；其二，计算中短肢计入刚度，则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率在加强区取1.0 %，一般部位可取0.8 %。该工程地面一、二层设置构造边缘构件，纵筋最大直径为￠14，加强区暗柱配筋率最大为 1.45%，最小0.8%；三层及三层以上为构造边缘构件，构造边缘构件纵筋配筋率普遍在 0.6%~0.7%。

4.2.3 剪力墙的连梁

剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，虽然在计算中对其刚度进行折减，但在地震作用下弯矩、剪力仍很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。所以连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面，对于窗洞楼面至窗台部分可用轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加1根梁，2根梁之间用轻质材料填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋。该工程连梁截面均为墙厚×400mm，大部分连梁纵筋为4￠14，箍筋为￠8@ 100；个别连梁纵筋为 4￠16，箍筋为￠8@100。

五、结语

伴随着我国经济的发展，人民生活水平也有了进一步的提高，随之用户对住宅的功能提出更高的要求，希望在使用建筑物过程中具有更大的灵活性，能够适应多功能变换的需求。因此，在高层建筑结构设计中，需要结构设计人员通过充分运用概念设计把握结构的整体性，科学布置剪力墙，合理设计基础，从中提高住宅的抗震性及安全性。

参考文献

[1]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法[J].沿海企业与科技，2009(5).

[2]黄晓亮.小高层住宅剪力墙设计的注意事项[J].中国新技术新产品，2010（7）