高要市縱橫建筑設(shè)計(jì)有限公司 廣東高要 526100

摘要：本文主要針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的安全度展開了探討，通過結(jié)合具體的工程實(shí)例，對(duì)高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變化作了系統(tǒng)的分析，并對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的安全度作了深入的研究，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：剪力墻結(jié)構(gòu)；安全度；分析

0 前言

隨著現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)安全度的有效控制，將直接關(guān)系著工程質(zhì)量控制、造價(jià)管理等諸多環(huán)節(jié)。而剪力墻作為建筑中重要的結(jié)構(gòu)形式之一，做好對(duì)其安全度的控制對(duì)建筑整體抗震性能的提高有著極大幫助。基于此，本文就剪力墻結(jié)構(gòu)的安全度進(jìn)行了探討，相信對(duì)有關(guān)方面的需要能有一定幫助。

1 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變化

1.1 平面布置的變化

20世紀(jì)八、九十年代的高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是平面形狀規(guī)則、多為點(diǎn)式住宅、開間較小、墻體布置較多、結(jié)構(gòu)整體剛度較大。2000年前后，隨著人們對(duì)居住條件要求的提高，條式住宅越來越多，剪力墻住宅平面布置越來越多樣化，含有短肢剪力墻的高層住宅剪力墻逐漸增多，開間也越來越大，墻體相應(yīng)減少，而且在剪力墻結(jié)構(gòu)的布置中，短肢剪力墻所占全部剪力墻的比重不斷增加，有時(shí)甚至達(dá)到50%。

1.2計(jì)算模型的變化

鋼筋混凝土高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的三維空間結(jié)構(gòu)，形狀變化多，且體系復(fù)雜。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法也越來越符合工程實(shí)際情況，精確度逐步提高，從簡化的平面分析方法，到較為合理的協(xié)同工作分析方法，再到更為準(zhǔn)確、方便的三維空間分析方法。三維空間分析方法主要有三種模型，第一種是最開始采用的空間桿系模擬柱、梁單元，采用薄壁桿件模擬剪力墻單元，主要應(yīng)用程序如TBSA，TAT。其優(yōu)點(diǎn)是自由度少，但實(shí)際工程中的剪力墻難以滿足薄壁桿理論的基本假定，應(yīng)用受到局限，主要表現(xiàn)在：1）對(duì)于平面過于復(fù)雜的墻體要用洞口劃分為若干獨(dú)立的墻肢；2）對(duì)于帶邊框柱的剪力墻，邊框柱的翼緣不能考慮；3）局部不規(guī)則開洞的剪力墻計(jì)算時(shí)要按規(guī)則布置考慮，在構(gòu)造上予以加強(qiáng)。第二種模型是基于薄板理論的結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，采用板單元模擬剪力墻，由于沒有考慮剪力墻的平面外剛度及幾何尺寸的影響，對(duì)于帶洞口的剪力墻誤差較大。第三種模型是基于殼元理論的三維組合結(jié)構(gòu)有限元分析，殼元具有平面內(nèi)剛度和平面外剛度，采用殼元模擬剪力墻和樓板，可以較好地反映其實(shí)際受力狀態(tài)，分析精度高。目前應(yīng)用最為廣泛的SATWE計(jì)算軟件采用空間桿單元模擬柱、梁及支撐構(gòu)件，采用殼元凝聚成的墻元模擬剪力墻，能較好地模擬工程中帶有矩形洞口的剪力墻的實(shí)際受力狀態(tài)，樓板則可根據(jù)實(shí)際狀況采用剛性樓板或彈性樓板。

1.3規(guī)范關(guān)于剪力墻抗震措施的變化

各版規(guī)范關(guān)于高層剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度變化見表1，表1括號(hào)內(nèi)數(shù)值為采用較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度；抗震等級(jí)對(duì)應(yīng)的高度變化見表2?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）（簡稱2001規(guī)范）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）（簡稱2010規(guī)范）將高層建筑結(jié)構(gòu)的最大適用高度分為A級(jí)和B級(jí)。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ11—89）（簡稱89規(guī)范）剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)為墻肢總高度的1/8，關(guān)于剪力墻的厚度規(guī)定：按一級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于樓層高度的1/20，且不應(yīng)小于160mm，按二、三、四級(jí)抗震等級(jí)和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于樓層高度的1/25，且不應(yīng)小于140mm。

2001規(guī)范規(guī)定剪力墻的底部加強(qiáng)部位的髙度可取墻肢總高度的1/8和底部2層二者的較大值，關(guān)于剪力墻的厚度規(guī)定：按一、二級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于樓層層高或剪力墻無肢長度的1/16，且不應(yīng)小于200mm，其他部位不應(yīng)小于樓層高度或剪力墻無肢長度的1/20，且不應(yīng)小于160mm，按三、四級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于樓層高度或剪力墻無肢長度的1/20，且不應(yīng)小于160mm，其他部位不應(yīng)小于樓層髙度或剪力墻無肢長度的1/25，且不應(yīng)小于160mm。

2010規(guī)范規(guī)定剪力墻的底部加強(qiáng)部位的髙度可取底部2層和墻體總高度的1/10二者的較大值，關(guān)于剪力墻的厚度規(guī)定：按一、二級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于200mm，其他部位不應(yīng)小于160mm，按三、四級(jí)抗震等級(jí)設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于160mm，2010規(guī)范對(duì)底部加強(qiáng)部位及剪力墻厚度的要求均有所降低，取消了2001規(guī)范“不應(yīng)小于樓層髙度或剪力墻無肢長度的1/16（1/20）”的規(guī)定。

89規(guī)范尚未采用短肢剪力墻，2001規(guī)范規(guī)定短肢剪力墻構(gòu)件的抗震等級(jí)提髙一級(jí)，2010規(guī)范取消了此規(guī)定，規(guī)定水平地震力作用下短肢剪力墻承擔(dān)的底部傾覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的50%，當(dāng)有短肢剪力墻時(shí)房屋的最大適用高度適當(dāng)降低。2010規(guī)范對(duì)短肢剪力墻的抗震等級(jí)要求有所降低。

1.4 邊緣構(gòu)件配筋的變化

《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JGJ3-91）（簡稱JGJ3—91規(guī)程）要求一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的配筋率分別為1.5%，1.2%，0.5%；其他部位的配筋率分別為1.2%，1.0%，0.5%。

《髙層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2002）（簡稱JGJ3-2002規(guī)程）及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）（簡稱JGJ3—2010規(guī)程）提出了約束邊緣構(gòu)件的概念。JGJ3-2010規(guī)定底部墻肢軸壓比大于規(guī)定值時(shí)，在底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。要求一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)剪力墻約束邊緣構(gòu)件的配筋率分別為1.2%，1.0%，1.0%。一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)構(gòu)造邊緣構(gòu)件底部加強(qiáng)部位的配筋率分別為1.0%，0.8%，0.6%；其他部位的配筋率分別為0.8%，0.6%，0.5%。

比較一、二級(jí)剪力墻邊緣構(gòu)件，按2001規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算比按89規(guī)范設(shè)計(jì)抗震措施降低很多，2010規(guī)范對(duì)剪力墻的抗震措施又有所降低。

2 應(yīng)用2010規(guī)范進(jìn)行高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 工程實(shí)例1

工程實(shí)例1為某髙層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積為29000m2，地下2層，地上29層，主體結(jié)構(gòu)總髙度為89.0m，2009年設(shè)計(jì)，依據(jù)2001規(guī)范及JGJ3-2002規(guī)程。該建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)；抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）；所在區(qū)域抗震設(shè)防烈度為7度第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，場地類別為II類；剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)。以邊緣構(gòu)件AZ7為例，截面尺寸、配筋見圖1及表3。

2.2 工程實(shí)例2

工程實(shí)例2為某髙層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑面積為33000m2，地下2層，地上28層，地面以上主體結(jié)構(gòu)總髙度為82.7m，2011年設(shè)計(jì)，依據(jù)2010規(guī)范及JGJ3-2010規(guī)程。該建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)；抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）；所在區(qū)域抗震設(shè)防烈度為7度第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，場地類別為Ⅱ類；剪力墻抗震等級(jí)二級(jí)，嵌固部位位于地下室頂板，底部加強(qiáng)部位為地下室至地上3層，約束邊緣構(gòu)件部位為地下室至地上4層。以邊緣構(gòu)件YBZ24（GBZ24）為例，截面尺寸、配筋見圖2及表4。根據(jù)計(jì)算，邊緣構(gòu)件均為構(gòu)造配筋，按規(guī)范用B12即可，該工程為提高結(jié)構(gòu)安全度，將構(gòu)造邊緣構(gòu)件分為上、下兩部分，縱筋直徑有所區(qū)別，縱筋、箍筋配筋量均有所增加。

2.3工程實(shí)例1，2剪力墻（邊緣構(gòu)件）配筋對(duì)比分析

工程實(shí)例1，2中兩棟住宅結(jié)構(gòu)高度相差不大，抗震設(shè)防及場地土情況相同，從表3，4可以看出，工程實(shí)例1中AZ7配筋遠(yuǎn)大于工程實(shí)例2中YBZ24（GBZ24），實(shí)例1結(jié)構(gòu)安全度要大于實(shí)例2。

3 結(jié)束語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)安全度的合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化布置對(duì)建設(shè)抗震性能提高具有重要的意義。在高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足建筑的使用功能要求之外，還要使結(jié)構(gòu)體系更加合理，應(yīng)從建筑功能、結(jié)構(gòu)受力、設(shè)備使用等多方面入手進(jìn)行結(jié)構(gòu)的選型和柱網(wǎng)布置，從而滿足建筑結(jié)構(gòu)合理的使用要求。

參考文獻(xiàn)：

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