基于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

1、<p>　　基于高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究</p><p>　　摘 要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于其具有間距大、通風(fēng)好、采光條件優(yōu)越等特點(diǎn)，所以在高層住宅建筑設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。文章主要高層建筑住宅實(shí)例，針對(duì)高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意要點(diǎn)進(jìn)行了探討，從中不斷地提高住宅建筑結(jié)構(gòu)的抗震性及保證建筑使用的安全性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì) &l

2、t;/p><p>　　中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮，我國(guó)小高層建筑發(fā)展迅速，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，設(shè)計(jì)思想也在不斷更新，高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)越來(lái)越廣泛應(yīng)用于建筑中，高層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著光明的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　一、工程概況 </b></p>

3、<p>　　某高層住宅小區(qū)，總建筑面積為 625430.10m2，七棟塔樓地上14層帶 1層地下室，五棟七層塔樓，不帶地下室。住宅設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度為七度，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室為框架結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。本文主要就高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述。 </p><p><b>　　二、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </b></p>&l

4、t;p>　　概念設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)中需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員布置剪力墻時(shí)在結(jié)構(gòu)平面上盡量使 x向和 y向抗側(cè)剛度接近，剪力墻不宜過(guò)多以免剛度過(guò)大，在梁系布置上也應(yīng)力求受力明確，傳力路徑簡(jiǎn)捷，避免梁系為多重搭接傳力，造成安全隱患。在豎向布置上也要力求均勻，避免少數(shù)樓層出現(xiàn)敏感薄弱部位，使結(jié)構(gòu)整體形成均勻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電算才能作出安全、經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)。在本工程住宅樓主體剪力墻時(shí)，x向剪力墻墻肢較短，y向剪力墻墻肢較長(zhǎng)，墻肢盡

5、量多做成帶翼緣的L形、T形等，不做“一”字形短墻；高厚比多在8以上，通過(guò)這些措施使結(jié)構(gòu)總體指標(biāo)控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。總體指標(biāo)對(duì)建筑物的總體判別十分有用。譬如說(shuō)若剛度太大，周期太短，導(dǎo)致地震效應(yīng)增大，造成不必要的材料浪費(fèi)；但剛度太小，結(jié)構(gòu)變形太大，影響建筑物的使用。 </p><p>　　對(duì)于高層住宅合理的剛度取 1/1000~1/2500，剛重比在10~15之間，周期約為層數(shù)的0.06~0.08倍之間。另外，對(duì)結(jié)

6、構(gòu)布置扭轉(zhuǎn)的控制，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的 1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。該工程計(jì)算結(jié)果x方向地震作用的樓層最大層間位移為 1/1324，y方向地震作用的樓層最大層間位移為 1/1594，均小于《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)第 4.6.3條要求的1/1000；x方向的位移比為 1.12，y方向的位移比為1.21，均不大于1.2，滿足“高規(guī)”

7、第4.3.5條的要求。剛重比為10.8，自振周期為1.0123s，均在合理范圍內(nèi)。 </p><p><b>　　三、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　目前的剪力墻體系由于考慮埋置深度的要求，一般均設(shè)置地下室。基礎(chǔ)多采用筏板基礎(chǔ)。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長(zhǎng)度也直接影響結(jié)構(gòu)整體安全和工程造價(jià)。該工程上部14層帶 1層地下室，根據(jù)勘察報(bào)告，取筏板厚為1000m

8、m，經(jīng)細(xì)算后筏板可減至800mm。由于地庫(kù)室為單層框架結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)厚度計(jì)算后定為250mm，為解決柱對(duì)筏板的沖切，對(duì)柱下局部范圍加厚（見(jiàn)附圖1）。經(jīng)此處理經(jīng)濟(jì)性明顯。因此，基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對(duì)于筏板厚度的取值，對(duì)小高層來(lái)說(shuō)一般筏板厚初選時(shí)可按樓層數(shù)計(jì)，即每層按 50mm厚增加。如14層建筑則初選可取 600mm厚試算，試算后根據(jù)筏板配筋情況再逐步加大或減小。筏板厚度及配筋與地基持力層的承載力和壓縮模量有關(guān)

9、，同時(shí)應(yīng)考慮樁沖切、角樁沖切、墻沖切、柱沖切及板配筋等多方面的因素進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整才能取得較滿意的結(jié)果。 </p><p>　　筏板長(zhǎng)度的設(shè)置也需進(jìn)一步研究探討，由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)采用設(shè)置后澆帶來(lái)解決底板超長(zhǎng)引起的收縮及溫度裂縫。本項(xiàng)目采用添加劑以補(bǔ)償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內(nèi)可不設(shè)或少設(shè)后澆帶，并且對(duì)所設(shè)后澆帶采取必要的保護(hù)和加強(qiáng)措施。該工程地下室長(zhǎng)134m，大

10、于規(guī)范要求的55m，故筏板基礎(chǔ)采后澆帶來(lái)解決結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的問(wèn)題。并在塔樓與地下室之間設(shè)置后澆帶，解決兩種不同荷載之間的不均勻沉降問(wèn)題（見(jiàn)附圖2），效果良好。 </p><p>　　四、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　4.1 剪力墻合理的布置 </p><p>　　剪力墻布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且x，y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免“

11、一”字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)盡可能布置成長(zhǎng)墻( h /w > 8)；應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無(wú)法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱，當(dāng)梁高大于墻厚的 2.5倍時(shí)，應(yīng)計(jì)算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長(zhǎng)，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件時(shí)兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長(zhǎng)墻；規(guī)范中對(duì)普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程剪力墻布置后，剛心和質(zhì)心x向在同一位置，y向相差0.5m，大大減小了扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；主梁

12、擱置在剪力墻上的，在相應(yīng)部位設(shè)置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。 </p><p>　　4.2剪力墻配筋及構(gòu)造 </p><p>　　4.2.1剪力墻配筋 </p><p>　　本工程剪力墻一層墻厚為 250mm,其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。六層以下水平筋￠10@ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用￠6 @ 400拉筋；六層以上

13、￠8 @ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用￠6@ 600拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋￠14@ 200為主要受力鋼筋，水平筋則構(gòu)造配置，該工程均取￠12@ 150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，簡(jiǎn)化計(jì)算后由豎向筋控制。為增大計(jì)算墻體的有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第 4.1.6條規(guī)定：迎水面保護(hù)層應(yīng)大于50mm。 </p>

14、<p>　　4.2.2 剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置 </p><p>　　試驗(yàn)研究表明，鋼筋混凝土設(shè)置邊緣構(gòu)件后與不設(shè)邊緣構(gòu)件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩(wěn)定性，因此一般一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；其余剪力墻應(yīng)按《高規(guī)》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。 </p><p>　　對(duì)于

15、本工程剪力墻來(lái)說(shuō)，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)0.7%，一般部位0.5 %；對(duì)于短肢剪力墻，應(yīng)按《高規(guī)》第7.1.2條控制配筋率加強(qiáng)區(qū) 1.2 %，一般部位1.0 %；對(duì)于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按《高規(guī)》控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%，而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)中往往按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋并不妥當(dāng)，建議有兩種方法：其一，計(jì)算中另一方向短

16、肢不進(jìn)入剛度，則配筋可不考慮該方向短肢影響；其二，計(jì)算中短肢計(jì)入剛度，則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率在加強(qiáng)區(qū)取1.0 %，一般部位可取0.8 %。該工程地面一、二層設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，縱筋最大直徑為￠14，加強(qiáng)區(qū)暗柱配筋率最大為 1.45%，最小0.8%；三層及三層以上為構(gòu)造邊緣構(gòu)件，構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱筋配筋率普遍在 0.6%~0.7%。 </p><p>　　4.2.3 剪力墻的連梁 </

17、p><p>　　剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，雖然在計(jì)算中對(duì)其剛度進(jìn)行折減，但在地震作用下彎矩、剪力仍很大，有時(shí)很難進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果加大連梁高度，配筋值有時(shí)反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標(biāo)高。對(duì)于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對(duì)于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時(shí)則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計(jì)算圖形不符，相應(yīng)配筋亦較大，不合理。所以連梁高度計(jì)算與設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定從洞

18、頂算到樓板面或屋面，對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用輕質(zhì)材料砌筑。對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí)，可再增加1根梁，2根梁之間用輕質(zhì)材料填充。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置，腰筋同墻體水平筋。該工程連梁截面均為墻厚×400mm，大部分連梁縱筋為4￠14，箍筋為￠8@ 100；個(gè)別連梁縱筋為 4￠16，箍筋為￠8@100。 </p><p><b>　　五、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　

19、伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平也有了進(jìn)一步的提高，隨之用戶對(duì)住宅的功能提出更高的要求，希望在使用建筑物過(guò)程中具有更大的靈活性，能夠適應(yīng)多功能變換的需求。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過(guò)充分運(yùn)用概念設(shè)計(jì)把握結(jié)構(gòu)的整體性，科學(xué)布置剪力墻，合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，從中提高住宅的抗震性及安全性。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>