浅谈高层剪力墙结构住宅设计中的若干问题

摘要：剪力墙结构作为高层建筑中的主要结构形式，被广泛运用于现代高层住宅建筑。但目前结构设计规范中，对与剪力墙结构住宅自身一些特殊细节问题并没有明确的规定，有时也因建筑设计中对平面布置和立面处理的要求,往往造成结构产生很多难于合理处理之处。对此，设计人员往往不能进行针对性的设计。笔者结合剪力墙结构住宅设计的实践，对住宅类剪力墙结构的高层住宅剪力墙结构设计中出现诸多问题，提出了一些自己的看法，并进行了深入的探讨。

关键词：结构设计；高层；剪力墙；住宅；平面布置；连梁；墙厚；角窗

Abstract: As the main structure form of high-rise building, the shear wall structure has been widely used in modern high-rise residential buildings. However, there has not definite rules for some specific details of the shear wall structured residence in the crrent structure design specification, so sometimes structure problems occuring are difficult to process, due to the requirements of the plane layout and facade processing in the building design. For that, designers often can not figure out the design. Combining with the practice of design of the shear wall structured residence, the author proposes some personal views on the problems existing in the shear wall structure design, and makes a further exploration.

Key words: structure design; high rise; shear wall; residence; plane layout; coupling beam; wall thickness; angle window

中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

近年来各地房地产市场繁荣，考虑土地成本，高层住宅已经成为住宅类商品房的主要形式，剪力墙结构由于具有良好的受力性能，而且还能很好地满足建筑功能的实现，因此其在现代高层住宅中得到了非常广泛的应用。本人在从事结构设计的实践中，参加了不少高层剪力墙结构住宅的设计工作，有了自己的一点心得体会，现就剪力墙结构住宅设计工作中经常遇到的一些问题，浅谈一下自己的一些看法。

高层建筑剪力墙结构住宅的概念设计

《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)规定：高层建筑结构不应全部采用为短肢剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置简体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与简体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。抗震设计时，简体和一般墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50％。一般认为短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的40％～50％时属于短肢剪力墙结构。

短肢剪力墙结构抗震性能较差，经济指标不好。如《高规》规定：抗震设计时其抗震等级比一般剪力墙提高一级，对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1；除底部加强部位外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2；短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强区部位不宜小于1.2％，其他部位不宜小于1.0％，以上要求加大了剪力墙的截面厚度及配筋率，所以在实际工程中尤其是地震区尽可能避免采用。

设计中应体现使其结构竖向和水平向具有合理的刚度及承载力的分布，尽可能将剪力墙的墙肢截面高度(至少保证一肢)做的比8倍墙厚稍大，符合一般剪力墙，剪力墙也不必按开间布置，两间合并布置为大开间剪力墙，同时满足竖向荷载传递的要求。剪力墙尽可能设计成“L”形、“T”形有利于剪力墙结构的稳定性，同时能够形成较好的侧向刚度。在同样满足规范的各项指标的情况下，更能减轻结构自重，减小结构构件，有利于降低工程投资。根据工程经验，对于“L”形、“T”形剪力墙，当一个方向的墙符合一般墙要求时，另一个方向的墙肢不宜过短，较小的墙肢常常会出现较大的配筋，一般宜控制在1m左右，使墙端暗柱配筋接近构造配筋为宜。

高层剪力墙结构住宅的设计计算原则

剪力墙结构设计时，应根据规范要求综合考察结构是否合理，比如说剪力墙结构刚度不宜过大，应以规范规定的楼层最小剪力系数为目标，使计算结果接近规范限值(不小于限值)，同时要使楼层层间最大位移与层高之比满足规范限值。其次，考察剪力墙底部加强区的轴压比是否满足(对抗震等级为一、二级的剪力墙)，剪力墙连梁是否超限等。要控制好结构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级高度的剪力墙结构不应大于0.9；在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍(一般情况情况宜控制在1.2左右，特别不规则平面也宜控制在1.4以内)。

剪力墙结构设计中需重点关注的各种技术指标的调整方法：

1. 楼层最小剪力系数(剪重比)的调整：在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的不超过40％的前提下尽可能少布置剪力墙，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近规范限值(不小于限值)。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。

2. 楼层层间最大位移与层高之比(位移)的调整：对于一般的高层建筑，重点是楼间的剪切变形及扭转变形，竖向构件足够多(剪重比偏大)而布置不合理，则会造成扭转变形过大，因此，对于高层建筑应尽可能使扭转变形最小，而不能仅根据层间位移不够不加分析地增加竖向构件的刚度。

在实际工程设计中一些设计人员看到某一方向(X向或Y向)层间位移不满足规范要求，于是不断增加该向的侧向刚度；这样做是可以解决问题的，但应注意此时结构的剪重比是否较大，若与规范限值接近则可行，若剪重比已经较大，则不应当一味的增加，要学会用加法的同时也要学会用减法，即减小对应一侧的结构刚度，使其剪重比减小，地震作用减小，同样可以达到较好的结果。

3. 结构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(周期比)的调整：

震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心、抗扭刚度太弱的结构，在地震中破坏严重，因此应保证结构的抗扭刚度不能太弱。首先，限制结构平面的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应，扭转变形的计算应考虑偶然偏心的影响；其次，限制结构的抗扭刚度不能太弱，关键是限制结构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。