高层住宅钢筋混凝土剪力墙结构设计分析
摘要：钢筋混凝土剪力墙结构体系被广泛应用于高层住宅设计中，这种结构形式不仅能有效传递竖向荷载，还有很强的抗侧力能力，同时施工工艺相对成熟。本文首先介绍了钢筋混凝土剪力墙结构的特点，然后对高层住宅钢筋混凝土剪力墙结构设计过程中的设计要点及相关问题进行了阐述，希望对设计人员可以起到一点借鉴作用。
关键词：钢筋混凝土剪力墙；设计要点；问题分析；优化设计
随着城市人口的增加以及城市住宅用地的减少，城市中的高层住宅数量越来越多。近些年，很多地区甚至出现超过100m的超高层住宅。高层住宅的设计中，钢筋混凝土剪力墙结构是应用最广泛的一种结构形式。设计人员应了解钢筋混凝土剪力墙结构的受力特点，掌握其设计分析的方法，把握设计重点，优化结构设计，这样才能设计出安全且经济的高层住宅。 1钢筋混凝土剪力墙结构的特点
钢筋混凝土剪力墙结构是由一系列的纵向剪力墙、横向剪力墙、连梁、次梁及楼盖所共同组成的一类空间结构，剪力墙可以结合建筑功能区域的划分灵活布置。由于剪力墙结构侧向刚度大的特点，剪力墙结构可以有效的抵抗水平力。对于高层住宅，水平向地震力和风的水平作用是设计中的主要控制荷载。因而高层住宅多采用钢筋混凝土剪力墙结构。钢筋混凝土剪力墙结构在水平力作用下，以弯曲变形为主，随着高度的增加，总侧移和层间侧移增加明显。设计中，需要保证结构具有一定的强度及刚度，来减小结构的侧移，以达到规范的相关要求。 2钢筋混凝土剪力墙结构的设计要点 2.1结构的最大适用高度
采用钢筋混凝土剪力墙结构的高层住宅，其最大高度有一定的限制。钢筋混凝土剪力墙结构的最大适用高度，主要由建筑所在地区抗震设防烈度决定。抗震设防烈度越高，剪力墙结构的最大适用高度越低。如：7度区的高层住宅剪力墙结构，其最大适用高度为120m，而8度（0.2g）区的最大适用高度则为100m。当高层住宅的高度超过最大适用高度限制时，就需要进行专门的设计研究，必要时应进行超限审查。这些专门的设计研究包括但不限于以下方面：采用至少两种不同的软件模型分析计算，弹性时程分析，弹塑性分析，性能化设计等。设计人需要根据不同的情况，采用不同的分析手段。 2.2剪力墙结构的构件设计
钢筋混凝土剪力墙结构的设计中，首先应满足各构件的强度计算要求，即承载能力极限状态计算。对于剪力墙及连梁，应满足非抗震组合和抗震组合两种荷载组合下的承载力计算要，而对于楼板，则仅需满足非抗震组合下的承载力计算要求。构件的承载能力极限状态计算有以下部分：正截面承载力计算，斜截面承载力计算，扭曲截面承载力计算，冲切及局部受压承载力计算。在满足承载能力极限状态的同时，各构件还应满足正常使用极限状态验算，这部分主要是裂缝验算及挠度验算。往往正常使用极限状态验算是构件的控制计算，如没有进行正常使用极限状态验算，构件在后续使用过程中，往往会出现开裂或挠度过大，影响正常使用。
2.3钢筋混凝土剪力墙结构的刚度设计
国内的设计院，一般采用PKPM软件或YJK软件进行计算分析。计算完成后，除了构件需满足承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验计外，还应保证结
构满足一定的刚度要求。其中位移角是一个比较重要的体现刚度的指标。规范上对位移角限制有明确的规定，结构的最大位移角不能超过其限制。当结构的最大位移角小于规范规定的限值时，说明结构的刚度满足规范要求。 3钢筋混凝土剪力墙结构设计中的一些问题及优化 3.1结构布置
钢筋混凝土剪力墙结构的墙体，平面上应双向、均匀、对称布置，尽最大可能的保证结构的重心与刚度中心重合，有效降低剪力墙结构出现的扭转效应。同时应避免剪力墙设置过多或集中布置，导致刚度过大或局部刚度过大。平面宜简单、规则，不宜过长。竖向方面，剪力墙应连续布置，避免剪力墙竖向不连续。门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，不应采用洞口局部重叠的叠合错动墙。高层住宅设计中，结构专业应在方案阶段就参与进来，对建筑户型不合理的地方，提出修改意见，不能一味的满足建筑造型，造成结构的不安全或不经济。
3.2嵌固端选择
一般高层住宅，应选择地下室顶板作为结构的嵌固端，此时的嵌固端应同时满足如下条件：1、地下室顶板应避免开设大洞口；2、地下室顶板应采用梁板结构，楼板厚度不应低于180mm，混凝土强度等级不应低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%；3、地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。实际工程中，第3条常常不易满足，设计上通常采用两种方法解决，第一种是增加地下室的刚度，使刚度比满足要求；第二种是将嵌固部位下移至具备嵌固条件的楼层。设计人在实际工程中，应尽可能的选择第一种方案，如因建筑功能限制不能采用第一种方案时，再考虑将结构的嵌固端下移。
3.3墙肢连梁设计
在高层住宅设计中，设计人员还需重点关注墙肢连梁设计。连梁是剪力墙结构的第一道防线，在地震作用下，连梁首先受力开裂，吸收一部分地震力，保证结构的整体安全，因而连梁在钢筋混凝土剪力墙结构中，起到十分重要的作用。设计人员应合理调整连梁的设计刚度，避免人为加大连梁钢筋，保证连梁强剪弱弯的要求。连梁设计中，通常会遇到连梁截面抗剪不足的问题，通常有以下几种解决方法：1、可以适当调整连梁截面大小，增大截面可以提高连梁截面抗剪性能，但也会相应增加连梁的刚度导致连梁承受更多的外力，减小截面可以减小连梁受到的力，但同时也会相应减弱连梁的抗剪性能，设计过程中，需要不断的调整连梁截面，选择合适的截面大小；2、当连梁宽度大于等于250mm时，可以考虑采用交叉斜筋或交叉暗撑等斜向钢筋，来提高连梁的抗剪能力；3、可以采用双连梁的做法；4、抗震设计时可以对连梁的弯矩进行塑性调幅；5、当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析，墙肢截面应按两次计算的较大值计算配筋。设计人应多方案比较，最终选择合适的方法解决连梁抗剪不足的问题。 3.4结构含钢量优化
设计中，应采取有效的措施，来减小结构的含钢量，以达到降低成本的目的，保证设计的经济性。通常，钢筋混凝土剪力墙结构中，剪力墙的钢筋量占比很大，所以优化剪力墙布置是减小含钢量的关键。应避免使用短肢剪力墙，避免长度过大的剪力墙，减少对受力或刚度影响很小的剪力墙。对约束边缘构件，应尽量利用墙体水平筋来保证约束边缘构件的最小配箍率要求，这样可以有效减少约束边
缘构件中的箍筋用量。对于连梁，应对其刚度进行折减，一般8度区，通常折减系数宜取到0.5。连梁配筋时，满足计算值即可，切不可盲目加大连梁钢筋，不仅不经济，还会降低连梁的强剪弱弯能力，地震时连梁太强不会破坏，不能起到第一道防线的作用。对于楼板，可以采用高强度钢筋来减少楼板含钢量。目前楼板多采用HRB400钢筋，而一些地区，已经使用CRB600H钢筋。采用同一楼板标准层计算，楼板采用CRB600H钢筋与楼板采用HRB400钢筋相比，含钢量会下降17%左右。 4结束语
高层住宅广泛采用钢筋混凝土剪力墙结构形式，设计人员应深入了解此结构形式的特点与设计要点。虽然此结构形式应用较为普遍，设计中仍不能大意。结构专业应在方案阶段介入设计工作，设计中应精细化计算，在保证结构安全的前提下，尽量降低成本，达到既安全又经济的目的。 参考文献：
[1]朱炳寅.高层建筑混凝土结构结构技术规程应用与分析JGJ3-2010.中国建筑工业出版社.
[2]高层建筑混凝土结构设计规程.中华人民共和国住房和城乡建设部.
[3]徐晟.高层剪力墙结构剪力墙的优化与设计[D].新疆：石河子大学，2019. 作者简介：姓名：张明（1988.03--）；性别：男，民族：汉，籍贯：山西省曲沃县，学历：研究生；现有职称：中级工程师；研究方向：结构设计。
高层住宅钢筋混凝土剪力墙结构设计分析
