龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
浅析高层住宅剪力墙结构的设计方法及要点
作者：水金锋
来源：《城市建设理论研究》2013年第12期
摘要：由于剪力墙结构具有很多的优点，在如今高层住宅建筑中得到了广泛地应用。因此有必要对剪力墙结构的设计方法及要点进行分析，使高层住宅剪力墙结构设计更加安全、经济、合理。本文围绕高层住宅剪力墙结构的设计方法及要点进行了简要阐述，仅供同行参考。 关键词：高层住宅；剪力墙结构；抗震设计 中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号： 1 结构基本设计参数、信息的确定
根据当地基本抗震设防烈度以及建筑高度等确定抗震等级。需要说明的是，高层住宅建筑一般为丙类建筑，是不需要调整设防烈度的，但如果为甲、乙类建筑，应按照《建筑抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）来调整设防烈度。根据地质勘察设计报告及《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）和《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010），明确该工程场地的设计地震分组、地震加速度、特征周期、场地土类别以及地面粗糙度。设计地震分组随着建筑高度增大，风荷载控制越趋于明显，因此设计计算时，基本风压的正确输入非常重要，当对风荷载比较敏感的高层住宅建筑，承载力设计时应按50年一遇的基本风压的1.1倍采用，位移计算时应按50年一遇的基本风压采用。 2着重概念设计，从整体把握结构体系的规则性
概念设计在方案设计阶段就要深入进行，结构体系应有明确的地震作用传递途径，要有多道抗震防线。结构最大适用高度、最大高宽比要控制在允许范围内，保证剪力墙弯曲破坏为主，避免脆性的剪切破坏，使结构具有足够的延性。墙段总高与墙肢高度之比应大于2，当墙肢超过8m时须开设洞口，各墙段间设置弱连梁，避免局部长剪力墙；墙体布置要双向布置，避免采用一字墙；墙体开洞要均匀对齐，避免错洞布置。当角部设飘窗时，应对端墙及角部楼板采取有效加强措施。要合理布置抗侧力构件体系，无论平面还是立面要尽量简单对称，质量分布均匀，建筑布置宜规则，对于不规则布置宜及时修正。不规则的结构应按照抗震规范要求进行内力调整和采取有效地加强措施。不规则结构主要从以下六个方面分类：第一，建筑平面扭转不规则：楼层最大弹性水平位移大于该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍，但应不大于平均值的1.5倍。第二，建筑平面凹凸不规则：结 构平面凹进一侧的尺寸大于该投影方向尺寸的 30%。第三，建筑平面楼板局部不连续：楼板有效宽度小于楼板总宽度的50%，或开洞面积大于楼面总 面积的30%，或较大高差的错层。第四，建筑竖向的 侧向刚度突变：除顶层外局部收进的水平向尺寸大于相邻下层的25%，或该层侧向刚度小于相邻上 层的70%，或小于其上相邻三层平均值的80%。第五，结构竖向抗侧力构件不连续：剪力墙由水平框 支梁向
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
下传递。第六，结构楼层承载力突变：抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的 80%。 根据总高度确定底部加强区，当带底部地下室时，应定义地下室顶板是否为嵌固端。加强区的确定直接决定了墙体的厚度，对于建筑平面中楼梯间、电梯间的尺寸定位起到决定性作用。
3 预先对建筑场地地基、基础选型进行仔细分析
首先通读岩土公司提供的地质勘察设计报告，对建筑场地进行全面了解。这里要有针对性的研读数据，如砂土通过标准贯入试验锤击数N来划分密实度，而粘性土则分为粘土(I P ＞17)和粉质粘土 (10＜I P ≤17)，I P 为塑性指数。粘性土的状态又按照液性指数I L 分为坚硬、硬塑、流塑等。通过土质分析， 就可以估算出地基承载力特征值fa k 的取值范围。如进行变形验算，则需对各土层压缩模量Es给予重视。
建筑场地的类别根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度划分为四类。尽管地勘报告已经给出结论，但我们有必要通过《建筑抗震设计规范》第四章来明确判断其合理数据。地基抗震验算时，要将修正后 的fa根据不同地基土类型乘以调整系数，变成faE， 再进行地震作用效应标准组合与faE的比较。如场地内存在液化土则除6度设防区外，应进行液化判别，结合具体情况采取相应的地基处理，同时根据《建筑抗震设计规范》进行液化抗震验算；尤其桩基时，地基承载力会减少很多，要按照抗震规范4.4.3条验算是否承载力满足要求。注意地基承载力的计算对应的是荷载标准组合，而基础构件截面设计则应采 用荷载基本组合，不能混淆。
对于基础选型，可以结合地勘报告建议的基础类型进行分析。通常采用筏板基础，桩基础，桩筏基础等，其中桩可以采用高强预应力管桩或混凝土灌注桩。在确定基础埋置深度时，应综合考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。基础埋置深度可从室外地坪算至基础底面，应宜符合下列规定: 1）天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；2）桩基础，不计桩长，可取房屋高度的1/18。对于地基变形计算，最终变形量可采用各向同性均质线性变形体理论，用分层总合法按照《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）5.3.5条进行计算，要注意此公式中对应的是平均附加应力系数。地基变形允许值应采用整体倾斜值，一般为0.0025Hg(Hg—自室外地面算起的建筑高度)。
4 建立的结构计算模型，重视对计算结果的正确合理分析
概念设计后，开始对各受力构件进行细化设计。模型计算采用PKPM系列中的SATWE模块，前期计算参数的输入是重要环节，前处理的数据输入清晰明确：如刚性楼板的假定，是在计算位移比时才选用，其他分析时可不选用；墙元侧向节点要选择“内部”模拟施工加载；恒活荷载计算信息是竖向力计算控制参数，最好选择“模拟施工加载 3”，此时竖向力分配更接近实际情况；基本风压要根据高规4.2.1条计算后输入；体型系数要根据立面变化来划分区段，圆形为0.8，矩形为 1.3等；偶然偏心对于高层建筑是必选项，而是否考虑双向地震力作用，仅当结构的质量与刚度分布明显不对称、不均匀时才选用；计算振型数不应15个，对多塔楼结
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90%。高层住宅剪力墙结构的计算自振周期折减系数，应根据工程情况在0.8～1.0范围内选用，以考虑砌体填充墙刚度对周期的影响。楼面梁刚度放大系数根据《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》5.2.2条设置。 总之，正确合理的数据参数输入是计算结果正确与否的关键。 软件计算分析后，应核对其结果是否满足规范要求，如不符合要求应及时进行调整。在位移输出文件中，各种工况下的楼层竖向构件最大水平位移和层间位移位移比不宜大于该楼层平均值的 1.2倍；弹性最大值层间位移角比值不宜大于 1/ 1000。在周期、地震力与振型输出文件中，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不应大于0.9；抗震设防时，任一楼层最小剪重比应满足《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》4.3.12的要求，若不满足应进行结构布置调整。剪力墙的边缘构件以及连梁配筋图如出现红字，则说明此处构件超筋，需要增大截面。对于剪力墙连梁，个别不能通过，是因为截面刚度过大，导致抗弯剪超筋，此时应减少截面高度；调整梁截面后，必须重新进行计算。对于边缘构件无论是底部加强区还是其它部位，通常是构造配筋，不必人为加大配筋和截面，造成不必要的浪费。另外，剪力墙约束边缘构件的体积配箍率计算，可考虑计入墙体水平分布钢筋，但不应大于总体积配箍率的30%，这对提高经济效益有显著作用。剪力墙墙体配筋一般构造配筋即可，当垂直方向搭大跨度梁时，注意支座处设成铰接，同时局部墙体厚度要满足梁钢筋水平锚固长度。 5 结语
随着经济迅速发展，人民生活水平显著提高，对住宅的品质要求也越趋于苛刻。剪力墙结构由于自身的很多优点在住宅领域应用更加广泛，因此工程师有必要对剪力墙结构的设计方法及要点牢牢掌握。总之，只要通过整体全局把握， 着重结构概念设计，注重结构细部优化，正确合理进行计算机软件辅助分析，符合规范要求， 便可设计出安全、经济合理的高层住宅，实现更高的经济效益。 参考文献：
[1]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S]. [2]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]徐培福，黄小坤.高层建筑混凝土结构技术规程理解与应用[J]. 北京：中国建筑工业出版社，2003.
[4]朱炳寅.建筑结构设计规范应用图解手册[K].北京：中国建筑 工业出版社，2005. [5]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑, 2010, 36(5): 73-74.
[6]王传甲,胡守营,陈志强,等.某高层框架剪力墙结构抗震优化设计及验证[J].工程抗震与加固改造, 2008, 30(3): 46-49, 57.
浅析高层住宅剪力墙结构的设计方法及要点
