一种剪力墙结构设计

摘要：文章以高层错层住宅为论述重点，讨论了构错层对剪力墙结构的影响。并结合高层住宅工程实例，对错层剪力墙结构的结构方案、结构计算、抗震措施进行了初步的探讨。

关键词：错层结构；剪力墙结构；抗震措施；结构设计

中图分类号：TU398 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0186-02

一、工程概况

南京某高层住宅小区位于鼓楼区，其中4号楼为错层剪力墙结构。该工程建筑平面布置为一字型，建筑物长度约为69m，宽度约为12.6m，建筑主体高度52.1m，共18层，加上屋顶以上塔楼的高度后，建筑的总高度为55.8m，高宽比为4.43。规范要求，钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m，综合考虑变形缝设置要求，该建筑变形缝宽度取200mm，将建筑物分成A、B、C三个单元，住宅层高为2.9m，上部结构各标高之间相差1.45m。该工程为丙类建筑，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，场地特征周期为Tg=0.35s，罕遇地震作用的水平地震影响系数最大值为0.72。计算时基本风压按50年重现期取0.40KN/m2。

二、一种剪力墙结构的分析

随着人们生活水平不断提高，对居住环境的要求越来越高，错层式住宅以其空间高低错落有致、使用合理、居住舒适等优点，越来越受到人们的青睐，这种错层式住宅多采用剪力墙结构。但是错层结构是一种对抗震不利的结构形式，错层剪力墙结构使剪力墙形成错洞墙，导致结构刚度不规则，对结构抗震有不利影响，尤其对平面不规则和扭转效应显著的错层结构破坏特别严重。JGJ3-2002《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）建议在抗震设计时高层建筑宜避免错层，同时也对错层结构的设计提出了一些规定。对于错层结构，一般认为其不利的因素主要源于两个方面：一是由于楼板被分成数块，且相互错置，在错层构件中产生很大的变形和内力，削弱了楼板协调结构整体受力的能力；二是由于楼板错层，使得错层交接部位形成竖向短构件，可能在同向受力中因错层构件刚度大而产生内力集中，不利于抗震。短构件问题主要是针对多层框架结构，其不利于抗震的震害表现也多出现在多层框架中。对于以剪力墙为主要受力构件的高层住宅，规则的错层对结构受力的影响有限，影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结构的错层会增大结构的抗侧刚度，错层构件在结构整体中所占的比例越大，则整体侧向刚度增加幅度越大，但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。相互错层的相邻楼板A和B仅由中间的错层柱或墙相联系，相比较平面刚度极大的楼板，错层柱或墙的弯剪刚度是个极小值，当结构受力时，结构两部分将产生不协调变形，可能会在错层柱或墙中形成较大的内力，错层柱或墙的受力与两部分的均匀性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明，由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏，根据振动台试验和静力试验破坏结果，错层剪力墙结构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知，错层对剪力结构体系的影响有限，错层剪力结构通过结构的合理布置和结构措施的加强，可以满足抗震设计的要求。

三、剪力计算模型与抗震构造措施

该工程中被变形缝分成A、B、C三个单元，其中A和C单元对称，因此我们只需建立A和B两个计算模型进行计算。《高规》指出，错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。错层结构中，错开的楼层应各自参加结构整体计算，不应该并为一层计算。本工程采用全浇剪力结构体系，计算软件以STAWE为主进行结构计算，以PMSAP进行校对。建模时图3所示各标高处均按独立的计算标准层输入，错层处剪力墙厚度取250mm，与之相连的墙体厚度也取250mm。一般错层剪力墙结构设计时墙体应尽量带有较大的翼缘，一是可以增加墙体的稳定性，二是增加了墙体的抗震承载力和延性，对抗震有利。所建模型中几乎所有墙体都带有较大的翼缘，以增强墙体的稳定性和抗震能力。一般在进行结构的动力特性分析时，分别采用弹性楼板和刚性楼板模拟结构的错层楼板，发现两种计算方法的结果差异不大。振型分解反应谱分析结果表明，结构在常遇地震作用下错层位置楼板会产生局部应力集中现象，而位移、基底剪力等指标满足规范抗震要求。设计中用SATWE和PMSAP计算时，分别考虑错层楼板为刚性楼板和弹性楼板，发现计算结果确实差异不大。计算结果具体可见表1和表2。两种程序的计算结果相差不大，为结构设计提供了保障。

对于错层剪力墙结构，《高规》中指出，错层处平面外受力的剪力墙截面厚度抗震设计时不应小于250mm，并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率抗震设计时不应小于0.5%。本例参考了大量的相关文献及其规范的要求，在建筑专业允许的前提下，设置变形缝，将建筑分为三个部分进行设计，减小结构的扭转效应。在错层处的剪力墙加厚，厚度取250mm，并让墙体带有较大的翼缘，增强墙体的延性和稳定性。错层处剪力墙抗震等级提高一级，按二级考虑。混凝土强度等级在底部加强区为C35，上部为C30。

综上所述，还要注意到：（1）错层结构造成平面楼板不连续，竖向构件应力集中，是一种对抗震不利的结构形式，但错层对剪力墙结构体系的影响有限，错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的加强，可以满足抗震设计的要求；（2）错层剪力墙结构的设计中，考虑结构概念设计，合理的布置结构平面，采用相应的抗震构造措施，可以很好的保证结构的安全性，确保收到良好的经济效果。

参考文献

[1]国家标准．建筑结构抗震设计规范（C.RS0011-2001）[S]．

[2]行业标准．高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）[S]．

[3]尹保江，等．高层建筑中错层剪力墙结构的试验研究[J]．建筑科学，1999，（6）．

[4]吴景松．错层结构的抗震分析[J]．住宅科技，2002，（10）．

[5]魏雅丽．某高层建筑错层剪力墙结构设计[J]．国外建材科技，2006，（3）．

作者简介：陈晓丰（1974－），江苏省交通规划设计院有限公司设计工程师，中级职称；赵声瑜（1973－），江苏兴宇建设有限公司土建主管，工程师。