關于高層建筑剪力墻結構設計的探討

1、<p>　　關于高層建筑剪力墻結構設計的探討</p><p>　　摘 要：剪力墻結構作為高層建筑中的主要結構形式，是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構，被廣泛運用于現(xiàn)代高層建筑。本文結合具體設計實例對剪力墻結構設計進行探討。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑剪力墻結構設計 </p><p>　　Abstract: Shear wall struct

2、ure as the main structure in high-rise buildings, the shear wall structure is a special construction to adapt to the requirements of form and is widely used in modern high-rise buildings. In this paper, it is combined wi

3、th specific examples of design of shear wall structure design. </p><p>　　Key words: high-rise building; shear wall; structural design; </p><p>　　中圖分類號：TU97文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　前言

4、：相相比框架結構，剪力墻結構既可以包管結構安全可靠性，又可以讓室內空間合理、墻面平整，因此高層建筑結構中越來越多地采用剪力墻結構，剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結構，但比框剪結構的剛度分配、內力分配更合理，結構的變形協(xié)調使得的豎向位移差異，也比框剪結構小，則傳基礎荷載更均勻、合理。 </p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　某工程由

5、9棟18～23層建筑組成。其中l(wèi)號樓為23層，總高度72m，平面圖如下： </p><p>　?。?剪力墻結構的平面布置及概念設計 </p><p>　　2003年后，新規(guī)范《建筑抗震設計規(guī)范》GB5001l一2001(以下簡稱抗震規(guī)范)及《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ3—2002(以下簡稱高規(guī))頒布實施，2008年汶川I地震之后，又出了《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011—2001(2

6、008版)。新規(guī)范對剪力墻結構的規(guī)定更為嚴格和詳細。 </p><p>　　新規(guī)范將剪力墻邊緣構件分為約束邊緣構件和構造邊緣構件，并對短肢剪力墻做了更嚴格的限制。所謂短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5-8的剪力墻，一般剪力墻則是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。從平面出可以看出，作者在本工程中，基本都采用的是一般剪力墻，只有在極個別地方才出現(xiàn)少數(shù)短肢剪力墻，從而初步保證了建筑物的抗震性能。 </

7、p><p>　　抗震規(guī)范中規(guī)定，鋼筋混凝土剪力墻結構的建筑，彈性層問位移角限值為1／1000。要滿足這點要求，就必須保證建筑物有一定的側向剛度，這就要求抗震墻的面積有一定的保證。在本設計中，為了做到安全和經濟，作者將其樓層層間最大位移與層高之比控制在1／1100～1／1200之間。在平面布置剪力墻時，將底部剪力墻截面總面積與樓面面積之比控制在6-8％，剪力墻的體積與總建筑面積之比大約在16～20％。主要布置原則，建筑

8、物四角及核心筒加強布置，其余剪力墻結合建筑使用功能布置。剪力墻平面上分布力求均勻，使其剛度中心和建筑物質心盡量接近，以減小扭轉效應，并通過改變墻肢長度和連梁高度調整剛心位置。結合建筑平面，采用L，T，Z，十字形等截面形式，且翼緣長度大于其厚度3倍。避免采用一字型剪力墻抗震性能較差。墻肢之問的梁凈跨不大于6．0m，這樣梁高也控制在500以內，不影響室內凈高。在底部加強區(qū)，為滿足“簡體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構總

9、底部地震傾覆力矩的50％”的要求，大部分墻肢截面高厚比大于8，使之成為一般剪力墻，非加強區(qū)則可視情況將墻肢長度適當減小或在墻肢上開小洞口。 </p><p>　　3 剪力墻墻肢截面厚度 </p><p>　　高規(guī)(JGJ3—2002)第7.2.2條第1～3款規(guī)定了剪力墻的最小厚度，其主要目的是保證剪力墻出平面的剛度和穩(wěn)定性能?，F(xiàn)將第1～3款的要求列表如下，見表1。 </p>

10、<p>　　對短肢剪力墻結構，高規(guī)(JGJ3—2002)規(guī)定其抗震等級應比表4.8.2規(guī)定的抗震等級提高一級采用，本工程位于Ⅶ度區(qū)，故普通剪力墻的抗震等級為三級，短肢剪力墻的抗震等級為二級。因底層層高較高，為5.1m，再考慮基礎承臺埋深，故底層普通剪力墻厚取為300mm。二，三層仍為底部加強區(qū)，綜合控制軸壓比考慮，墻厚取為250mm。四 ,六層大部分墻厚取200mm，個別短肢剪力墻及軸壓比較大的墻厚仍取250mm。七層樓面以上

11、墻厚統(tǒng)一為200mm。均能滿足規(guī)范要求。在布置剪力墻時，結合建筑平面，盡量不用一字形剪力墻，而采用L，T，z，十字形等截面形式，且翼緣長度大于其厚度的3倍，這樣，一方面墻體抗震性能更好，另一方面墻厚也可取為剪力墻無肢長度的1／20。 </p><p>　　對底層少數(shù)短肢剪力墻，底部加強區(qū)墻厚300ram仍小于1／16墻高度，則按高規(guī)(JGJ3—2002)附錄D驗算墻體穩(wěn)定： </p><p&g

12、t;　　墻頂?shù)刃жQ向均布荷載設計值q應滿足： </p><p>　　4約束邊緣構件的設計 </p><p>　　抗震規(guī)范(GB50011-2001)及高規(guī)(JGJ3—2002)規(guī)定，一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設計約束邊緣構件，在陰影部分箍筋的體積配箍率P 按下式計算： </p><p>　　約束邊緣構件最小體積配箍率見表2。 <

13、/p><p>　　箍筋或拉筋采用+10，肢距不大于250ram時，高規(guī)(JGJ32002)圖7.2.16所示陰影部分箍筋的體積配箍率見表3～5。 </p><p>　　本工程普通剪力墻為三級抗震，只須設置構造邊緣構件。部分短肢剪力墻為二級，在底層加強區(qū)必須設置約束邊緣構件。對于剪力墻約束邊緣構件范圍內非陰影部分的配箍，作者認為不能簡單將箍筋或拉筋間距取為陰影部分間距的2倍，即200mm和300

14、mm。因為抗震規(guī)范(GB50011～200t)表6.4.8規(guī)定，一、二級剪力墻底部加強部位構造邊緣構件箍筋沿豎向最大間距為100mm和150mm。作為軸壓比更大的剪力墻約束邊緣構件，其箍筋或拉筋的設置標準不宜低于相同抗震等級構造邊緣構件的要求。 </p><p>　　還需指出的是，為了充分發(fā)揮約束邊緣構件的作用，箍筋的長邊不宜大于短邊的3倍，且相鄰2個箍筋應至少相互搭接1／3長邊的距離。 </p>

15、<p>　　5 剪力墻水平分布筋在邊緣構件中的錨固 </p><p>　　邊緣構件(包括端柱)并不是剪力墻墻身的支座，其本身是剪力墻的一部分，它與剪力墻墻身之間的連接不是不同構件之間的連接，不能套用比如梁與柱連接的做法。剪力墻水平分布筋是用以抵抗水平地震作用產生的剪力，是按整片墻肢進行配置的，并未扣除邊緣構件的長度；而剪力墻邊緣構件中箍筋的作用是約束混凝土，改善混凝土的受壓性能，使剪力墻在地震作用下具有

16、較好的延性和耗能能力，規(guī)范中并未明確考慮其抵抗水平剪力。兩者所起的作用不同，不宜混用。故在設計說明中，作者明確必須將水平分布筋伸至墻肢端部，并垂直彎折15d(Ya端柱當錨入長度不小于1a或1ae時可不彎折)。 </p><p><b>　　6 連梁的配筋 </b></p><p>　　高層結構中，連梁是一個耗能構件，連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，設計時

17、應注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連粱的彎曲破壞先于剪切破壞。因此，不能人為加大連梁的縱筋，否則，可能無法滿足“強剪弱彎”的要求。高規(guī)中推導出了連梁的縱筋最大配筋率和對應的箍筋面積配箍率，作者認為，其推導過程有值得商榷的地方，例如的表達式中應為 ，修正后得抗震設計時的 和 如下： </p><p>　　跨高比大于2．5時： </p><p>　　跨高比不大于2．5時： </p&

18、gt;<p>　　另外，應注意的是，認為加大箍筋就能保證“強剪弱彎”是不正確的，當連梁不滿足截面控制條件時，盲目增加配箍的結果會導致箍筋充分發(fā)揮作用之前，連梁就己發(fā)生剪切破壞。根據高規(guī)(JGJ3—2002)第7.2.12和7.2.13條的公式可得出連梁的最大面積配箍率如下： </p><p>　　跨高比大于2.5時： </p><p>　　跨高比不大于2．5時： </p

19、><p>　　式中：——截面剪壓比，0．2(跨高比大于2．5時)，0．15(跨高比不大于2．5時) </p><p>　　——混凝土強度影響系數(shù)，按高規(guī)qGJ3—2002)第6．2．6條的規(guī)定采用； 一連梁剪力增大系數(shù)，一級取1.3，二級取1.2，三級取1.1。 </p><p>　　本工程中連梁尺寸取為200x50Omm，經驗算，均可滿足要求。 </p>

20、<p><b>　　7 計算結果 </b></p><p>　　剪力墻布置完畢之后，經中科院結構軟件PKPM計算，建筑物的彈性層間位移角為l／1105，各剪力墻軸壓比在0.3～ 0.6之間，第一扭轉周期與第一周期之LL4,于0.9，最大層間位移與平均層間位移的比值均小于1.3，符合規(guī)范各項要求。從而在安全性和經濟性兩方面都達到要求。 </p><p>&l