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摘要：本文主要是結(jié)合某剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅工程案例，對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)布置原則以及剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算分析進行了分析探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)

高層建筑能夠節(jié)約城市土地，縮短公用設(shè)施和市政管網(wǎng)的開發(fā)周期，從而減少市政投資，加快城市建設(shè)。其中高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅建筑中占有很大比例。因此，做好建筑工程剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作十分重要。

一、剪力墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)布置原則

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了做到安全和經(jīng)濟，剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜過大，可將其樓層層間最大位移與層高之比控制在1/1100～1/1300之間。剪力墻平面上分布要力求均勻，使其剛度中心和建筑物質(zhì)心盡量接近，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，必要時通過改變墻肢長度和連梁高度調(diào)整剛心位置。住宅建筑中往往會有很多短肢剪力墻，應(yīng)結(jié)合建筑平面，采用L，T，Z，十字形等截面形式，且翼緣長度大于其厚度的3倍。一字型剪力墻抗震性能較差，應(yīng)盡量避免。振動臺模擬地震試驗結(jié)果表明，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、底部外圍的小墻肢、連梁等是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)。對這些薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)加強概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施。

（1）當有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，會加劇建筑平面外邊緣及角點處的墻肢已有的翹曲變形，使其首先開裂；在水平地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其一字形小墻肢破壞最嚴重。為了盡量消除扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，可增加建筑物周邊墻肢長度或連梁高度，這樣能明顯增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。另外，應(yīng)增大這些部位墻肢縱筋和箍筋的配筋率，加強邊緣構(gòu)件配筋，嚴格控制軸壓比，以提高墻肢的承載力和延性。

（2）在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于墻肢剛度相對減小，連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁。因此，在計算時，對跨高比不小于5 的梁應(yīng)按框架梁考慮，連梁的剛度折減系數(shù)也不宜太小。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)計算方面的優(yōu)化

在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理，如剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度不宜過大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標，使計算結(jié)果無限接近規(guī)范值。

（1）樓層最小剪力系數(shù)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50%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，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（不小于）規(guī)范限值。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）樓層最大層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則。對于高層建筑應(yīng)盡可能扭轉(zhuǎn)變形最小，但又不能僅根據(jù)這些層間位移不夠不加分析地增加豎向構(gòu)件的剛度。在實際工程設(shè)計中，有些設(shè)計人員一看到某一方向?qū)娱g位移不能滿足規(guī)范要求，就不斷地增加該項的側(cè)向剛度。此舉雖然可以解決問題，但應(yīng)該注意此時結(jié)構(gòu)的剪重比：若與規(guī)范限制接近則可行；若剪重比已經(jīng)較大，則不應(yīng)一味地增加，也要學(xué)會減小對應(yīng)一側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度，使其剪重比減小。地震作用減小，同樣可以達到較好的效果。

（3）結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調(diào)整原則。震害表明，平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心、抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在震中破壞嚴重。在設(shè)計時，要保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱：首先要限制結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的計算應(yīng)考慮偶然偏心的影響；其次是限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱，具體表現(xiàn)在Tt/T1指標上。在實際工程設(shè)計中，應(yīng)將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿周邊布置，以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和抗扭剛度。若在結(jié)構(gòu)的形心附近加大豎向構(gòu)件剛度，則只是對側(cè)向剛度的貢獻大，對抗扭剛度來說，貢獻甚微。

三、工程實例

（1）工程概況 某高層住宅建筑共25層，標準層高度為3.0m，建筑總高度為76.5m?？拐鹪O(shè)防烈度6度，設(shè)計基本地震加速度值0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，基本風壓0.60kN/m2，場地類別Ⅱ類，抗震等級：剪力墻四級，混凝土強度等級為C40～C25，鋼筋強度等級：剪力墻、柱、梁采用HRB400。

（2）結(jié)構(gòu)布置 原結(jié)構(gòu)標準層剪力墻布置見圖1，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，墻肢底部加強部位寬300mm，以上寬200mm。通過分析SATWE計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)設(shè)計剪力墻利用率較低，底層墻肢軸壓比在0.30～0.40之間，結(jié)構(gòu)位移比較好，且結(jié)構(gòu)周期、位移角較小，整體偏剛。針對該工程特點，并分析其存在的主要問題，對其結(jié)構(gòu)布置及墻肢長度進行適當?shù)恼{(diào)整，以達到優(yōu)化的目的，調(diào)整后剪力墻平面布置見圖2。

圖1 方案一（優(yōu)化前）剪力墻布置圖

圖2 方案二（優(yōu)化后）剪力墻布置圖

（3）計算指標分析（見表1）從表1中可以看出，原結(jié)構(gòu)剛度偏大，層間位移角偏小，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)剛度適中、分布均勻，周期及位移角有所增加，均在合理范圍內(nèi)，通過調(diào)整能使結(jié)構(gòu)吸收的地震力大大降低。優(yōu)化后位移比略有增加，但亦小于規(guī)范限制。對于結(jié)構(gòu)布置及墻肢長度的調(diào)整，底層軸壓比有所增加，控制在0.50以下，充分發(fā)揮了剪力墻承載力高、剛度大的優(yōu)點。同時，短肢剪力墻承擔的地震傾覆力矩仍控制在40%以下。綜上所述：方案一與方案二在技術(shù)標準上都是合格的，但方案二明顯要優(yōu)于方案一，同時方案二的成本也低于方案一。

四、結(jié)語

在實際工程設(shè)計時，設(shè)計階段在項目成本控制中起著決定性的作用，而現(xiàn)階段由于設(shè)計單位設(shè)計項目多，設(shè)計人員繁忙，多數(shù)項目的設(shè)計存在著優(yōu)化空間。優(yōu)化設(shè)計是建設(shè)方的追求，也是設(shè)計方的追求，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計，不僅可行，而且十分符合節(jié)約能源，保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展觀。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，不僅要滿足建筑的使用功能的要求，而且要使結(jié)構(gòu)體系更加合理。在剪力墻結(jié)構(gòu)的選型和布置時，需要充分考慮到建筑功能、結(jié)構(gòu)受力、設(shè)備使用、經(jīng)濟合理等方面的問題，以實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的合理化目標。

參考文獻：

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