摘要：近年來，為滿足高層建筑的抗震要求，剪力墻結(jié)構(gòu)被廣泛應用。剪力墻結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計及優(yōu)化布置，對于節(jié)約建設(shè)成本具有重要意義。針對在設(shè)計過程中考慮的諸多因素，對剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題進行探討和研究，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在以后的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時能做到既安全又經(jīng)濟。

關(guān)鍵詞：高層剪力墻 結(jié)構(gòu)設(shè)計 成本控制

剪力墻房屋通常適用于臨街的住宅，辦公樓等建筑，它既可承重，又可耐寒，使用空間較大，房屋布置靈活，其造價比多層框架房屋經(jīng)濟。因此被廣泛采用，在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，既要發(fā)揮它具有足夠的抗側(cè)能力等優(yōu)點，又要改進其工程費用較高的缺點，成為了結(jié)構(gòu)工程師所要考慮的焦點。

1、結(jié)構(gòu)布置

1.1 剪力墻的布置

在高層剪力墻住宅建筑標準層單位面積含鋼量中，剪力墻墻身用量約占40%～60%，因此剪力墻布置的基本原則是：盡量減少剪力墻的數(shù)量，且各墻肢布置時應考慮如何減少邊緣構(gòu)件，并通過布置較少的抗側(cè)力構(gòu)件獲得滿足規(guī)范要求的抗側(cè)、抗扭剛度。具體措施如下：

(1)強周邊，弱中部

剪力墻盡可能布置在結(jié)構(gòu)周邊外圍護墻位置，在結(jié)構(gòu)中部宜減少剪力墻的布置量，以便于提高主體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，控制結(jié)構(gòu)的周期比與位移比。

(2)多均勻長墻(長度≤8m),少短墻

在保證豎向及水平承重情況下，要精心選擇對結(jié)構(gòu)承受水平及豎向荷載有利的隔墻位置設(shè)置剪力墻， 盡量拉大剪力墻的布置間距，避免較小的間距內(nèi)布置多道剪力墻。通過加長剪力墻墻肢長度，減小墻數(shù)量，使結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度增加，邊緣構(gòu)件數(shù)量減少，且由于墻間距拉大，增加了建筑平面布置靈活性。

(3)多L形、T形、十字形墻肢，少復雜形狀轉(zhuǎn)折

在布置剪力墻時，應考慮剪力墻連續(xù)轉(zhuǎn)折及小墻垛布置對邊緣構(gòu)件的影響，減少暗柱數(shù)量及避免設(shè)置不必要的大暗柱，因墻體轉(zhuǎn)折處必須設(shè)置暗柱。

(4)多連續(xù)，少半框

應盡量將結(jié)構(gòu)兩個方向的剪力墻通過連梁或框架梁連成整體，形成貫穿整個結(jié)構(gòu)寬度或長度的抗風、抗震結(jié)構(gòu)，避免獨立墻肢或半框架墻肢出現(xiàn)，這有利于增加結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度，從而以較少的剪力墻布置量來滿足層間位移角限值要求。

(5)各墻肢軸壓比宜接近

在人工導算豎向荷載情況下，各剪力墻墻肢的軸壓比宜基本接近并盡量靠近相應結(jié)構(gòu)抗震等級軸壓比限值，如此可避免通過連梁或框架來調(diào)整各墻肢的軸向變形差，使梁配筋增大，甚至配筋困難，且可減少剪力墻的布置量及結(jié)構(gòu)自重，讓每一道剪力墻直接發(fā)揮其豎向承載的作用。

1.2 梁、板的布置

高層剪力墻住宅標準層單位面積含鋼量中，梁板的合計用鋼量約占35%～55%。對高層住宅，荷載一般不大，樓板絕大多數(shù)均為構(gòu)造配筋，板厚就決定了樓板用鋼量的大小，所以樓板厚度一般按撓度、裂縫及板內(nèi)設(shè)備穿管的最低要求取值，不必過厚。樓層梁布置時，應保證梁具有簡單明確的傳力路徑，避免多重次梁、多次傳遞的情況。剪力墻結(jié)構(gòu)中梁的經(jīng)濟跨度一般在3m～5m 之間; 若非剛度及連接一字形墻的需要，不宜設(shè)置高連梁，因梁越高混凝土用量越大構(gòu)造配筋越多。

2、結(jié)構(gòu)分析

2.1 計算調(diào)整

若層間位移角不滿足規(guī)范要求，可采取以下措施：查看位移文件以確定哪些樓層位移角超限，一般情況是結(jié)構(gòu)中下部樓層，若超限不多，可通過提高剪力墻厚度加以解決，否則需要增加剪力墻的布置量或關(guān)鍵連梁的高度。若周期比、位移比不滿足規(guī)范要求，可采取以下措施：(1)將結(jié)構(gòu)周邊程序定義為連梁的梁改為框架梁或增加連梁高度，以增加結(jié)構(gòu)外圍剛度;(2)減少結(jié)構(gòu)中部剪力墻布置量及降低連梁高度以增大結(jié)構(gòu)的平動周期而間接改善周期比、位移比;(3)查看結(jié)構(gòu)空間振型曲線，找出位移最大點，在該位置處適當增加剪力墻布置量，再計算以使周期比、位移比、層間位移角滿足規(guī)范要求。若層間位移角較規(guī)范限值富余較多，應適當調(diào)整梁布置及減小梁截面，將部分連接復雜的梁改為鉸接梁，以降低梁剛度，從而減小地震作用，降低成本。

2.2 計算中若干問題的處理

(1)連梁超筋:計算分析中，個別連梁超筋常常出現(xiàn)，對于超筋連梁，加高連梁的方式一般來說收效不大，應擴大洞口寬度或減小梁截面，增大連梁的跨高比，減小該片連肢墻剛度，轉(zhuǎn)移其承擔的部分地震力，從而降低連梁內(nèi)力達到不超筋的目的;對調(diào)整有困難的梁，若有其它可靠水平力傳遞路徑也可以通過降低梁的彎剪剛度而不減小梁截面的方法進行調(diào)整。另外值得注意的是，梁凈跨小于4m的梁，才能自動識別為連梁，導致對凈跨大于4m、但跨高比小于5的連梁及一端與剪力墻相連另一端與剪力墻端柱相連的連梁漏判，以及兩端均與剪力墻相連、凈跨雖小于4m但跨高比大于5的梁及兩端均與墻垂直相連梁的誤判，從而導致剛度折減錯誤和混凝土強度等級錯誤(連梁與剪力墻混凝土同等級)。計算時應注意到“特殊構(gòu)件定義”里修改。

(2)剪力墻拐角處的小墻垛，若非特別要求，計算中可不建立此類構(gòu)件的模型，因計算結(jié)果表明小墻垛超筋或配筋較大的現(xiàn)象普遍存在(若因連接較大跨度梁造成計算配筋較大應按實際配筋)，給截面配筋設(shè)計帶來較大困難。

(3)為了避開短肢剪力墻，將長墻做成1700～1800mm 的方式不妥，尤其是此類墻在整棟樓中所占得份額較多時，建議該類墻的長度不宜小于2000mm。

(4)對與墻垂直相交的梁，若墻體厚度不足以錨固梁支座鋼筋時，應采取附加錨固措施，如設(shè)置梁頭，墻頂增設(shè)寬邊框梁。

(5)對剪力墻結(jié)構(gòu)中有少量框架柱的結(jié)構(gòu)進行框架剪力墻調(diào)整時應注意，目前主流設(shè)計程序?qū)σ欢伺c剪力墻甚至兩端與剪力墻相連的框架梁或連梁內(nèi)力均進行了放大，這是不正確的，為此，建議對梁進行框架剪力墻調(diào)整與不調(diào)整兩次計算，有選擇的進行配筋設(shè)計。在剪力墻結(jié)構(gòu)中使用剪力墻調(diào)整時可能對用鋼量有較大的影響，宜慎重。

3、構(gòu)造措施

3.1 墻配筋

(1)對帶翼緣的邊緣構(gòu)件為計算配筋且配筋量較大時， 建議采用“剪力墻組合配筋”重新計算該邊緣構(gòu)件，該邊緣構(gòu)件總體配筋會減少40%以上，計算初值選默認的構(gòu)造配筋值。

(2)對小開口整體墻因開洞形成的一字墻可不作為單片墻或短肢剪力墻，在配筋時，洞口兩側(cè)僅設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件;對L形、T形及十字形墻只要有一個方向不是短肢剪力墻就不應定義為短肢剪力墻。

(3)在L形、T形墻中，當腹板(短)與翼緣(長)不匹配是可放寬對翼緣邊緣構(gòu)件的構(gòu)造要求，對十字形墻的交叉部位也應按構(gòu)造要求設(shè)置暗柱。

(4)墻厚大于300mm的單片短肢墻可不定義為短肢剪力墻，可按一般剪力墻或框架柱的相關(guān)構(gòu)造要求執(zhí)行。

(5)當剪力墻混凝土強度等級為C50～C60 且墻較長時或頂層外墻等溫度應力影響較大的區(qū)域，為減少混凝土收縮及溫度應力引起的裂縫，應加大水平分布鋼筋的配置量。

(6)剪力墻頂部設(shè)置暗梁，以便連梁、框架梁縱筋及剪力墻豎向鋼筋錨固，暗梁高度400～500mm，按構(gòu)造要求配置縱筋和箍筋。

3.2 梁配筋

(1)高層或超高層剪力墻結(jié)構(gòu)樓層連梁及框架梁由于地震作用的原因，其內(nèi)力及配筋隨高度的變化較大，因此建議適當選擇歸并樓層數(shù)，這樣可以節(jié)約用鋼量。

(2)當一端或兩端與墻垂直相交的梁位于剛接墻體處厚度足以錨固梁支座鋼筋時，若地震作用所產(chǎn)生的支座彎矩占總彎矩30%以上時，梁應按框架梁設(shè)計，相應剪力墻位置應根據(jù)梁端彎矩計算配置暗柱縱筋。

4、控制建筑結(jié)構(gòu)成本的措施

4.1 采用輕質(zhì)高強材料

隔墻盡可能采用輕質(zhì)墻體，如加氣混凝土砌塊、輕質(zhì)墻板等，以減輕荷載，較小地震作用，降低基礎(chǔ)造價。暗柱、梁、板采用高強鋼筋，以減少計算配筋量。

4.2 精心的荷載清理

如有大量的門窗洞口，其荷載應扣除，明確建筑使用功能以確定活荷載，去掉不必要的荷載。

5、結(jié)語

總之，在進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應根據(jù)具體工程的特點，對其剪力墻的受力狀態(tài)進行正確的計算分析，同時其設(shè)計也有一些技巧，只有熟悉地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計出既安全又經(jīng)濟適用的優(yōu)秀作品。

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