剪力墙结构住宅在地震作用下的扭转控制方案对比

摘要：本文选用某典型高层剪力墙结构住宅，对其地震作用下产生扭转变形的原因进行了分析，并通过几种调整措施对比了控制扭转效应的效果，并提出了针对性设计的建议。

关键词:剪力墙结构住宅；地震作用；扭转控制方案对比

中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：

1 前言

随着人民生活水平日益提高，对住宅的功能需求也越来越细化。随之而来的，是住宅楼平面布置的日趋复杂与多样化。为满足不同的建筑功能需求，住宅楼的结构中出现了较多的不利布置，如转角窗、一字型剪力墙、跨层柱墙等等。这些因素均容易影响到结构的规则性，并加剧剪力墙结构在地震作用下的扭转作用。针对这种现象，结合某高层剪力墙住宅结构的设计，将几种常见的结构处理措施逐一试用，并对其效果进行比对，从而采取最合理的处理方案。

2 工程概况

某高层住宅，建筑平面为点式布局。地上为十八层，地下二层，地下室与周边地下车库连为整体。地面以上各点式高层之间设防震缝脱开，形成独立的结构单元。建筑物总长度为94.45m,总宽度19.80m, 总高度为50.30m。上部结构采用剪力墙结构，基础采用钻孔灌注桩基础。建筑物设防烈度为7度(0.10g)，抗震设防类别为标准设防类，剪力墙抗震等级为三级。

2 计算过程分析

高层建筑结构在地震作用下的扭转振动是不可避免的。地震作用的复杂性以及地面运动的相位差将会引发建筑物的扭转振动,建筑物质量分布不均匀变化、抗扭构件的非对称性破坏及施工过程中的误差也将引起结构的刚度分布不对称，从而在水平作用下产生扭振效应。《高规》中，采用计入偶然偏心的方式进行计算,对于均匀对称结构考虑设计偶然偏心距ｅ0 =0.05L(即偶然偏心距取0.05倍楼层宽度);对于不对称结构、不规则结构,需将其自身存在的偏心与偶然偏心距共同考虑。《抗规》中，采用的是对其地震作用效应乘以增大系数的方式予以考虑。

根据《抗规》和《高规》的要求，结构第一自振周期不应为扭转周期，且扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。另外规范还对层间位移角、最大层间位移与层平均位移之比、周期、剪重比等刚度控制指标做出了具体的要求。在剪力墙结构中，应合理的控制剪力墙的数量，设置过多则造成结构刚度过大，加大地震效应；设置过少则不能满足结构计算要求。同时剪力墙与连梁的布置也应均匀对称。

当出现抗侧力构件布置不理想，扭转效应计算指标不满足规范的要求时，常见的有加大构件抗侧刚度(3.1)和减小局部中央构件抗侧刚度(3.2)两种方法。以下取本工程11#楼座进行试算。

3.1加大构件抗侧刚度，调整外圈剪力墙长度与门窗洞口尺寸。

首先按照常规方式布置中部剪力墙，使之满足平动作用下的刚度控制指标，并使刚度中心和质量中心的偏心率小于20%。然后将山墙上的门洞尺寸调整量定义为a，剪力墙长度调整量定义为b。从a=0、b=0这种极限状态开始，取步长c=300mm-500mm。此时，ai+1=ai+c; bi+1=bi+c逐级累加，用SATWE软件进行计算，计算结果如下：

由以上计算过程我们得到结论：A-C段变化平缓；C-D段有一较大的突变，此时第一周期由扭转周期变为平动周期；D-G段又趋于平缓，计算结果已满足要求；G-H段的变化率同D-G段,增加的剪力墙对周期影响较小，对结构抗扭贡献较小，相对不经济。故G点的结构布置为较优方案。

3.2减小局部中央构件抗侧刚度，调整中部剪力墙长度或厚度。

在3.1.G计算结果满足的基础上，对中部刚度进行调整，探讨中部刚度对结构抗扭的影响。调整过程记录如下：

通过计算发现，改变中部剪力墙厚度对周期影响较小；而剪力墙开洞又有较多限制，剪力墙结构的洞口宜布置在墙的中部，避免开在端部，开洞面积宜取值为墙面积的1/6左右（过小则不满足建筑专业窗地比的要求）。所以，无法通过开大洞口的方法减小刚度，而计算结果表明改变开洞面积对周期的影响也较小。需要对中部构件的抗侧刚度进行调整时，宜优先采用不对称调整剪力墙长度的方式。

4 结论及建议

经过对进行本剪力墙结构的分析可知，减小局部中央构件的抗侧刚度在理论上可以减小Tt与T1比值，但是这种调整对结构抗扭能力的影响较小。相对而言,构件的刚度变化对结构抗扭的影响较大。基于以上对比结果，设计时宜先确定中部剪力墙布置，由剪力墙承担大部分水平剪力，同时满足层间位移角、最大层间位移与层平均位移之比、周期、剪重比等刚度控制指标。再结合结构单元的剪力墙设置，选取合适的剪力墙与门窗洞口分布比例，可较快捷的找到适合的外圈剪力墙长度和厚度，从而缩短试算过程，少走弯路。

鉴于建筑工程的多样性和复杂性，本文所阐述的思路和结论未必能适用于各类剪力墙结构。但希望这种调整思路，对工程师处理类似工程时，有所借鉴和帮助。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

[3]《多高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例》.中国建筑工业出版社.2005