李月梅

（江蘇省建工設(shè)計研究院有限公司，江蘇南京 210000）

剪力墻的剛度大，容易滿足小震作用下結(jié)構(gòu)尤其是高層結(jié)構(gòu)的位移限制，在地震作用來到時，變形相別其他墻體結(jié)構(gòu)要小很多，設(shè)計中可以根據(jù)建筑物的要求規(guī)劃成延性抗震墻。剪力墻在大震時同樣能發(fā)揮出較強(qiáng)的作用，通過連梁和墻肢底部的塑性鉸范圍內(nèi)的塑性變形，對地震的沖擊波和能量進(jìn)行消解，從而降低其他房屋結(jié)構(gòu)的抗震要求，在現(xiàn)代建筑物中應(yīng)用較為廣泛。本文將以具體工程案例為基礎(chǔ)，對某公寓的多層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行說明，希望對剪力墻的作用進(jìn)一步了解。

某學(xué)校新教師公寓住房為3 棟7 層建筑，高21.52m，屋面平面尺寸60.8m×16.2m，帶1 層整體人防地下室，埋深5.4m，部分為純?nèi)朔赖叵率?，覆土深?.1m。地上首層層高為4.15m，二～七層層高各為2.8m，悶頂式坡屋面。采用天然地基，剪力墻結(jié)構(gòu)，±0.0m 標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高23.3m。基本風(fēng)壓值0.4kN/m2，基本雪壓值0.65kN/m2。體型系數(shù)1.3，地面粗糙度B 類。按50 年使用年限，結(jié)構(gòu)安全二級設(shè)計，每棟結(jié)構(gòu)平面布置如圖1 所示。

1 基礎(chǔ)及地下部分設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)勘探資料分析，場區(qū)除地表填土外，下部土層主要為第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)沖積土、殘積土，下伏基巖為二疊系灰?guī)r、頁巖。場地屬丘崗地貌單元，巖土層大部分土質(zhì)較均勻，分布及厚度較穩(wěn)定。本工程根據(jù)場地巖土工程特征及結(jié)構(gòu)特點，基礎(chǔ)埋深超過5m，故此基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。現(xiàn)地面標(biāo)高22.92～25.71m，結(jié)合勘探成果，基礎(chǔ)底面土層以③1粉質(zhì)黏土層為主，承載力特征值為180kPa，可直接作為持力層，采用天然地基筏形基礎(chǔ)?；A(chǔ)部分設(shè)計時，上部有樓層荷載的區(qū)域，荷載采用人防戰(zhàn)時和平時包絡(luò)計算，控制荷載為平時荷載，基礎(chǔ)部分除正常抗彎計算外，需進(jìn)行墻對基礎(chǔ)筏板的抗沖切計算，局部增加筏板厚度和配筋滿足承載力要求。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)選型及構(gòu)造措施

圖1 每棟結(jié)構(gòu)平面布置

公寓樓因使用空間的限制及最優(yōu)結(jié)構(gòu)受力性能，選用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻在各端部外墻及內(nèi)墻轉(zhuǎn)角處設(shè)置，墻厚200mm。從抗震性能和穩(wěn)定性，相同厚度和高度，長度不同，短的剪力墻弱些，結(jié)構(gòu)體系中一般使用的這種墻長厚比小于8 大于5 的墻體，因此要減少使用這種剪力墻，采用長肢剪力墻為主要豎向受力構(gòu)件，以提高抗震性能。結(jié)構(gòu)構(gòu)件受靜力途徑明確清晰，樓層板梁受樓層水平面面載及線載，再由梁傳至墻體，至基礎(chǔ)和地基。房屋高度小于24m，底部加強(qiáng)部位取地下室、地上首層，過渡層為地上首層的相鄰上一層。上部嵌固層選在地下室頂板層。由于房屋長61m，超45m，從基礎(chǔ)至屋頂需設(shè)后澆帶。

2.2 抗震等級

據(jù)工程擬建地的震動橫波在土內(nèi)的傳播速度、各土質(zhì)層覆蓋厚度及工程地質(zhì)勘察場地評價，判定場地類別為2 類；由工程地質(zhì)報告資料和規(guī)范中相應(yīng)的全國縣級及縣級以上城鎮(zhèn)的中心地區(qū)的抗震設(shè)防烈度，確定本工程為Ⅶ度抗震設(shè)防，且由中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖、中國地震動反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖，本工程為第1 組地震分組，特征周期0.35s，又中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖，本設(shè)計基本地震加速度為0.1g。教育建筑中，本工程為大學(xué)，故丙類抗震設(shè)防。豎向受力構(gòu)件為剪力墻，且高度小于24m，故確定其抗震等級為四級，而少量的短肢墻（同高度的墻體，墻肢的長度是厚度的5～8 倍），抗震等級為三級。按Ⅶ度標(biāo)準(zhǔn)要求采取抗震措施，同時按Ⅶ度地震作用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力計算。

2.3 荷載值的選取

公寓樓均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值分別為：居室、過廳2kN/m2，廚房、樓梯、走道2.0kN/m2，陽臺、衛(wèi)生間2.5kN/m2，配電間4kN/m2，太陽能屋頂2kN/m2；非上人屋面0.5kN/m2；附加恒載2.0kN/m2。

2.4 結(jié)構(gòu)計算分析

應(yīng)用PKPM 中SATWE 程序進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)整個體系計算分析，本結(jié)構(gòu)水平面X 向左右對稱，豎向構(gòu)件上下連續(xù)，且開洞不錯位。地表震動的大小和特征通過場地土傳播，作用于建筑物，對建筑物影響一般。多遇地震作用下，對彈性狀態(tài)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計算和變形協(xié)調(diào)、超限分析。整個所建工程區(qū)域為多塔結(jié)構(gòu)，分別按整體模型計算、按附帶兩跨裙樓的各塔樓分開計算，并包絡(luò)設(shè)計。分塔樓模型嵌固端所在層號為2，地下室1 層，共設(shè)9 個結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層，悶頂式坡屋面按標(biāo)準(zhǔn)層輸入模型，先按偶然偏心的影響下計算，后按雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響下計算，包絡(luò)設(shè)計。樓板采用的預(yù)制疊合板與后澆混凝土疊合層相結(jié)合板，分析時定義了彈性樓板，設(shè)置面載導(dǎo)荷方式，按其計算結(jié)果進(jìn)行樓板配筋。在進(jìn)行空間整體工作計算分析時，考慮梁墻的彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)變形以及墻的軸向變形。從各種工況計算結(jié)果顯示，位移比、周期比、剪重比等指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范。因結(jié)構(gòu)上部的嵌固位置是地下室頂板，故計算結(jié)果中側(cè)向剛度指標(biāo)也滿足了相關(guān)范圍地下一層是結(jié)構(gòu)地上一層的2 倍。本結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)角電梯井外側(cè)剪力墻，其各樓層處無水平向抗側(cè)力樓板連接導(dǎo)致其整體的穩(wěn)定性薄弱，且槽型工字形bf1 腹板+翼緣厚度，小于截面厚度的2 倍和800mm，須進(jìn)行整體墻體穩(wěn)定驗算，復(fù)核PKPM 相應(yīng)計算結(jié)果。

3 施工圖的設(shè)計

從整體計算結(jié)果分析，地上首層軸壓比最大，各層墻體軸壓比大部分不超0.3，個別墻體軸壓比超0.3 但小于0.4。同高度的剪力墻，據(jù)其長度是否大于厚度的8 倍，分成兩種墻，一般和短肢墻。剪力墻配筋除滿足受壓、拉、彎外，構(gòu)造配筋各不相同。在底層，軸壓比小于等于0.3 一般墻肢，其兩端設(shè)構(gòu)造邊緣構(gòu)件，其縱向筋配筋率不小于0.5%且大于4 根d12 筋；底層墻肢軸壓比大于0.3 的一般剪力墻，再根據(jù)是否小于0.4 分別在底部加強(qiáng)部位及相鄰的上一層設(shè)約束邊緣構(gòu)件，其縱向筋的配筋率不小于1%且大于6 根d16 筋，箍筋全高加密，在以上其他部位設(shè)構(gòu)造邊緣構(gòu)件。墻平面內(nèi)縱向、水平向分布配筋面積占全截面面積比例大于0.002。重力荷載代表值作用下，多層三級抗震的短肢墻軸壓比小于0.5，其縱向筋按全截面考慮配筋，配筋面積占墻體全截面面積比例，在底部加強(qiáng)區(qū)大于0.01 且加密箍筋，在其他部位大于0.008。梁配筋分別按連梁及框架梁的計算結(jié)果及構(gòu)造要求配置。疊合板配筋時除滿足受彎承載力外，與60 厚的現(xiàn)澆層連接為整體，且梁兩側(cè)預(yù)留擱置長度，保證各預(yù)制板間連接整體性，端開間現(xiàn)澆板筋間距為100 且通長設(shè)置，防止端部溫度影響而產(chǎn)生裂縫。

4 結(jié)束語

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)在當(dāng)前的建筑物設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛，增加了結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和抗倒塌能力，在某些部位可現(xiàn)澆或預(yù)制裝配鋼筋混凝土剪力墻，該種成型的剪力墻由于與周邊的梁、柱同時完成澆筑，整體性能好，滿足建筑物的剛度要求。剪力墻在實際施工中，墻體的澆筑效果比傳統(tǒng)的支模工藝要好很多，完成澆筑后墻體表面光滑，柱體之間的接縫明顯減小，不僅提高了施工速度，同時保證了施工質(zhì)量。下一步，在設(shè)計多層剪力墻時，要根據(jù)建筑物要求的規(guī)模和抗震等級，對剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型，制定相應(yīng)的設(shè)計措施，確定合適的荷載值，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，從而更加合理的設(shè)計施工圖紙。除了上述要求外，設(shè)計多層剪力墻時，經(jīng)濟(jì)允許的情況下，除結(jié)構(gòu)方案比較外，還應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，多方位復(fù)核包絡(luò)設(shè)計，以確保結(jié)構(gòu)安全，達(dá)到抗震性的要求。