陳志江

（吉安市建筑設(shè)計規(guī)劃研究院，江西 吉安 343000）

近年來，隨著人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，普通框架結(jié)構(gòu)和框架——剪力墻的露柱構(gòu)件對建筑空問的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間使用和立面美觀的要求。純剪力墻結(jié)構(gòu)既可以保證結(jié)構(gòu)安全可靠性，又可以使室內(nèi)空間合理墻面平整，所以高層建筑結(jié)構(gòu)中便越來越多地采用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結(jié)構(gòu)，但比框剪結(jié)構(gòu)的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)導致的豎向位移差別，也比框剪結(jié)構(gòu)小，傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。這樣的結(jié)構(gòu)形式能使建筑取得較好的經(jīng)濟效果和建筑功能效果。

1 剪力墻結(jié)構(gòu)的基本含義

剪力墻結(jié)構(gòu)的定義：①剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻；②高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；③剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件：抗震設(shè)計時，墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

剪力墻結(jié)構(gòu)的下限：當墻較少時，如墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%～40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個別小墻肢，不應(yīng)看成剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。

2 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計計算原則

2.1 樓層最小剪力系數(shù)(剪重比)的調(diào)整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過加%的前提下盡可能少布置剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近規(guī)范限值(不小于限值)。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入，同時降低工程造價。

2.2 剪力墻連梁超限的調(diào)整原則。剪力墻連梁的跨高比不宜小于2.5，跨高比小于2.5的連梁很容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)范限值?！陡咭?guī)》規(guī)定跨高比不小于5的連梁宜按框架梁進行設(shè)計。即跨高比不小于5的連梁剛度不應(yīng)折減。而跨高比在5～6 之間時，若連梁剛度不折減則也容易出現(xiàn)剪力或彎矩超限。

2.3 樓層層間最大位移與層高之比 (位移)的調(diào)整原則。指規(guī)范規(guī)定多遇地震作用標準值產(chǎn)生的樓層最大的彈性層間位移在計算時，除以彎曲變形為主的高層建筑外，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，應(yīng)計入扭轉(zhuǎn)變形。對于一般的高層建筑，重點是樓層間的剪切變形及扭轉(zhuǎn)變形。剪切變形的控制是以豎向構(gòu)件的多少來決定的，但豎向構(gòu)件足夠多(剪重比偏大)而布置不合理，則會造成扭轉(zhuǎn)變形過大，同樣不能滿足層問位移的要求。因此，對于高層建筑應(yīng)盡可能使扭轉(zhuǎn)變形最小，而不能僅根據(jù)層間位移不夠不加分析地增加豎向構(gòu)件的剛度。

3 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 剪力墻合理定位

剪力墻最好沿主軸方向或其他方向進行雙向布置；對于抗震設(shè)計的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)特別避免僅單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式。1)對一般的矩形、L 形、T 形等平面則沿著兩條軸線的方向進行布置。2)對于部分j 角形平面、Y形平面則可以沿其三個軸線方向布置。3)對正多邊形，圓形及弧形平面可沿徑向及環(huán)向布置?？傊袅Φ钠矫娌贾脩?yīng)本著盡可能均勻、對稱的原則，盡量使墻面結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心完全重合，從而減少扭矩。而內(nèi)外剪力墻應(yīng)盡量拉通、對直。剪力墻肢截面宜簡單、規(guī)則。剪力墻的抗側(cè)力剛度不宜過大。為充分發(fā)揮剪力墻的抗側(cè)力剛度和承載能力，增大剪力墻可利用空間，剪力墻的間距不宜太密，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。判斷結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度與剪力墻數(shù)量的適應(yīng)程度，可以選用經(jīng)驗公式 T=(0.05-0.06)n，其中 n 為結(jié)構(gòu)層數(shù)。公式計算出來的T1 值與搭模計算的周期T2 相比較。TI>T2 則表示剪力墻偏多，可適當減少剪力墻數(shù)或開些適合的大洞來減小墻的剛度，反之則需要增加剪力墻數(shù)量。

3.2 剪力墻厚度確定

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對剪力墻的截面尺寸具體規(guī)定“按一、二級抗震等級設(shè)計的剪力墻的截面厚度,底部加強部位不應(yīng)小于層高或剪力墻無支長度的1／16，且不應(yīng)小于200mm，按三、四級抗震等級設(shè)計的剪力墻的截面厚度，底部加強部位不應(yīng)小于層高或剪力墻無支長度的1/20，且不應(yīng)小于160mm，其他部位不應(yīng)小于層高或剪力墻的1／25，且不應(yīng)小于 180mm?！?/p>

3.3 剪力墻中大墻肢處理

剪力墻的結(jié)構(gòu)必須具備延展性，對于呈細高狀的剪力墻(高寬比大于2)很容易被設(shè)計成彎曲破壞的延性剪力墻，這樣一來可以避免受到脆性的剪切破壞。在墻長度較長的情況下，為滿足每墻段的高寬比均大于2，可以通過開洞的方式分割長墻為小而均勻的獨立墻段。除此以外，在墻段長度較小時其受彎產(chǎn)生的裂縫寬度較小，可以充分發(fā)揮墻體配筋的支撐作用。而對于剪力墻結(jié)構(gòu)中，存在較少的長度大于8m的大墻肢，在理論計算中樓層的剪力大部分由這些大墻肢來承受。

在發(fā)生地震特別是超烈度等強烈震動時，最容易受到破壞的便是這些大墻肢。小墻肢因沒有足夠的配筋，使整個墻面結(jié)構(gòu)會受到全面破壞結(jié)構(gòu)。為避免這種不利現(xiàn)象的發(fā)生，對于超過8m的墻肢長度，可以采取以下兩種處理方法：①開施工洞：殲施工洞即在施工時墻上留洞，完工時砌填填充墻，把長墻肢分成短墻肢。②開計算洞：是指在進行結(jié)構(gòu)計算時設(shè)有洞，開始施工時仍為混凝土墻。但通過這樣的計算方式，可以加強其它小墻肢的配筋能力。這種方式主要適用于地下室外墻等不易實施開洞的項目。

3.4 剪力墻墻身鋼筋的分布及構(gòu)造要求

《高規(guī)》中規(guī)定一般剪力墻豎向和水平分布筋的配筋率，在一、二、三級抗震下設(shè)計時不應(yīng)低于0.25%，而對于四級抗震設(shè)汁和非抗震設(shè)計時則不應(yīng)低于0.20070。按照這一原則，筆者設(shè)計的位于9 度區(qū)的一級抗震剪力墻，墻身分布鋼筋配筋率必須大于0.25%。同時應(yīng)注意這個配筋率是指“水平配筋率+垂直配筋率”的總稱，具體在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中也有具體條款規(guī)定。

3.5 剪力墻連梁超筋的處理

剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中連梁超筋是一種常見現(xiàn)象。連梁的超筋，實質(zhì)是剪力不滿足剪壓比要求。連梁易超筋的部位，一般剪力墻結(jié)構(gòu)中，在總高度的1／3 左右的樓層；平面中當墻段較長時，多在其中部的連梁；某墻段中墻肢截面高度大小懸殊不均勻時，在墻肢處連梁易超筋。剪力墻連梁對剪切變形十分敏感，當剪力墻連梁不滿足連梁的尺寸要求時，《高規(guī)》7.2.25 條給出了如下處理方法：

3.5.1 減小連梁的截面高度。

3.5.2 抗震設(shè)計的剪力墻中連梁彎矩及剪力可進行塑性調(diào)幅。

3.5.3 當連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢應(yīng)按兩次計算所得的較大內(nèi)力進行配筋計算。當?shù)趌、2 種措施不能解決問題時，可采用第3 種措施來處理，即假定連梁在大震下破壞，不再約束墻肢。另外，可在易超筋的部位，連梁按鉸接處理進行整體計算，但應(yīng)注意結(jié)構(gòu)層間位移比尚需滿足規(guī)范要求。

[1] 呂文，錢稼茹.基于位移延性剪力墻抗震設(shè)計[M].建筑結(jié)構(gòu)學報，1999.3.

[2] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.中國建筑工業(yè)出版社.

[3] 袁端眼，虞煥新.工程結(jié)構(gòu)[M].同濟大學出版社.