淺析高層住宅錯層剪力墻結構設計

■武曉軍 ■山西華鼎建筑設計有限公司，山西 太原 030002

1 引言

在建筑結構中，如果采用樓板錯層的方式會對結構的受力產生不利的影響，因此一般情況下是不設置錯層結構的。但是隨著房地產的發展，為了有效的對建筑空間進行充分的利用，以滿足多樣化的使用功能要求，常常會將一些輔助房間的層高設計的較低，這樣就會在結構中產生錯層結構形式。對于這種錯層結構形式往往會采用剪力墻結構體系。錯層結構不僅會削弱樓板結構整體受力的性能，同時還會使部分豎向受力構件出現剛度大，延性差的問題，這在水平荷載的作用下會產生應力集中的問題，不利于結構的抗震性能。

2 工程概況

本工程為某市一住宅小區。該小區地上部位為26層，層高為3m，總高度為78．34m，地下部位為3層。如表1所示為本工程結構設計的基本參數。本工程的基本采用梁筏基本。如圖1所示為標準層的剖面圖。

表1 本工程結構設計的基本參數

圖1 標準層的剖面圖

3 計算思路

(1)根據相關規范要求可以知道本工程屬于復雜高層建筑結構，因此需要進行超限論證，本工程屬于扭轉不規則、平面不規則和豎向不規則。

(2)根據相關的規范要求，本工程選取性能化指標C，即小震下滿足性能水準1a的要求，中震下滿足性能水準2的要求。整個結構按照非線性分析的方式進行計算，允許部分部位接近屈服，但是不得出現脆性破壞現象，對于各個構件的細部抗震構造至少需要滿足中等延性的要求。

(3)當對本工程結構體系進行多遇地震下結構計算時，應采用CQC法進行驗算。在中震作用下，結構中的薄弱部位或者重要部位的構件不發生屈服的問題。同時采用彈性動力時程分析進行補充計算。

(4)根據相關規范的要求，對于復雜結構，應采用兩種不同的結構分析軟件進行計算。因此對于本工程結構體系的計算分析采用SATWE和ETABS兩種軟件進行對比分析，并在綜合判定的基礎上，選取計算軟件的包絡圖進行配筋計算。

4 多遇地震下結構計算

(1)當對多余地震下結構進行時，采用振型分解法CQC。根據相關的規范要求，對于錯開的樓層應各自參加結構整體的計算，不應將其合并為一層進行計算。每個9m高的范圍內應按照4個樓層進行輸入，4個樓層的高度分別為3m、4．5m、6m以及9m。

(2)計算參數。如表2所示為本工程結構設計計算的基本參數。

表2 工程結構計算參數選取

(3)計算結果。如表3所示為本工程結構振型計算結果。結構第一扭轉周期與第一平動周期之間的比值為0．623，根據規范的要求該比值應控制在0．9以內，因此能夠滿足規范的要求。X、Y兩個方向的地震作用下的樓層的最大位移分別為1/1782和1/2304，但是由于沒有明顯的層，因此可以認定在本次計算中所顯示的最大位移與平均位移的比值與實際工程情況存在一定的出入。為了解決這一問題，決定選取幾個具有代表性的點進行分析，計算出每個點的位移，并描繪處代表點位移的變化情況。本層與上一層的承載力之比最小值為0．94，根據相關規范的要求，需要控制在0．8以上，因此滿足規范的要求。但是由于采用PKPM計算所得到的結果與實際情況存在一定的出入，因此需要采用另一種軟件ETABS對其進行計算，并將兩個層中本是一片混凝土的墻體進行編號合并，通過該軟件的計算結果可以知道層剛比能夠滿足相關規范的要求。

表3 結構振型計算結果

5 中震地震下結構計算

在本工程結構計算中，對中震地震下結構進行計算，按照不屈服的原則進行結構設計。在SATWE軟件分析中，所輸入的多遇地震影響因素最大值為0．33，同時將剪力墻和框架的抗震等級選取為4級，其余的參數與前文分析計算中所選取的參數相同。按照總剛法進行結構的計算。根據計算結果，以判定結構體系在中震作用下是否發生破壞。通過計算結果的分析可以知道，本工程錯層處的墻體在中震下沒有出現屈服，處于完好的狀態，同時其余部分的一般墻體同樣沒有出現剪切破壞的問題。

6 彈性動力時程分析

選取3組地震波進行本工程結構的彈性動力時程分析，分別為RH2TG035、TH2TG035、以及TH4TG035。根據相關規范的要求每條時程曲線計算所得到的結構底部地震剪力墻應控制在CQC法計算底部地震剪力的65%以上，多條時程曲線計算所得到的底部地震剪力平均值應控制在CQC法計算底部地震剪力的80%以上。將多條時程曲線的各層地震剪力平均值與CQC法的各層地震剪力進行比值，并在各層墻、梁的配筋計算中考慮此數值的影響，即可最終確定施工圖中的配筋。

7 構造措施

(1)根據工程的具體情況對錯層處的剪力墻厚度進行適當的加厚處理。結構從上到下對于錯層處的剪力墻均按照約束邊緣構件進行考慮。

(2)根據工程的具體情況各個樓層的樓板厚度進行適當的增大。每層樓板均按照雙層雙向進行配筋。根據相關規范的要求，每個方向單層鋼筋的配筋率應控制在0．3%以上。

(3)對于與錯層墻體相連的連梁應適當的對其配筋進行加密處理，同時應根據工程的具體情況減小連梁的跨度，并適當的增大連梁的截面。

(4)根據中震屈服計算結果對錯層處的剪力墻進行配筋計算。根據相關規范的要求，錯層處墻體的配筋應按照0．6%進行配筋。

(5)對于錯層處的剪力墻抗震等級應比普通的剪力墻抗震等級提高一級，在本工程中按照一級抗震等級進行考慮。

8 結果評定

通過軟件計算所確定的措施和按照構造要求要所確定的措施對本工程錯層剪力墻結構進行設計，能夠確保各個階段錯層剪力墻結構設計性能滿足相關規范和設計的要求。

(1)在多遇地震作用下，本工程錯層剪力墻結構體系的各項技術指標均能夠滿足相關規范的要求，同時采用彈性時程分析對其進行補充計算，并且還采用了ETABS計算軟件進行論證。

(2)在中震地震作用下，錯層處剪力墻能夠滿足規范的要求，同時次要構件及耗能構件沒有出現剪切屈服的現象。

9 結語

針對當前建筑結構中存在錯層情況，應當考慮樓板錯層對結構的受力所產生的不利影響。錯層結構不僅會削弱樓板結構整體受力的性能，同時還會使部分豎向受力構件出現剛度大，延性差的問題。文章通過結合某高層住宅實例，該工程存在錯層結構，屬于復雜高層建筑結構，屬于扭轉不規則、平面不規則和豎向不規則。對本工程結構體系的計算分析采用SATWE和ETABS兩種軟件進行對比分析，并在綜合判定的基礎上，選取計算軟件的包絡圖進行配筋計算。從結構受力分析結果表明，層剛比能夠滿足相關規范的要求;同時提出加強構造措施，為同類工程提供參考實例。

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