工程实例谈剪力墙结构设计

随着我国城市化建设的不断发展以及人们生活水平的不断提高，人们对现代城市建筑的要求也越来越高。近年来，高层建筑逐渐成为城市建设的重要组成部分，而剪力墙结构是高层建筑中最普遍的结构设计之一。本文作者结合工程实例，分析了高层住宅项目的结构设计，通过对计算结果的对比分析知，该高层建筑3#楼结构设计能够实现抗震规范的抗震设防要求，要想保证高层建筑的经济性能与结构安全，必须要设计科学合理的剪力墙结构体系才可以。

1 项目实例

某高层建筑项目总建筑面积22.8万m2，由6栋高层住宅、3栋多层住宅、裙楼、及2 层地下停车场组成。本文针对3#为案例分析高层建筑的结构设计。

3#楼建筑高度为96.2m，地上30层，其中一层高为5.1m，二层层高6m，三层层高为6.5，四层以上层高为3m，该建筑采用部分框支剪力墙结构，转换层设在第三层，采用梁式转换。

2 设计依据及主要计算参数取值

本工程结构设计以国家的相关规范和规程为依据。本工程主要计算参数取值如下：本工程为丙类建筑，结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7 度， 设计地震分组为第三组，设计基本地震加速度为0.10g；场地类别为Ⅱ类，地震影响系数最大值为0.08，特征周期为0.45S，弹性时程分析所取的地面运动最大加速度为55cm/s2；位移计算时采用50 年一遇的基本风压0.35kN/m2， 构件强度设计时采用100 年一遇的基本风压0.385kN/m2，风荷载体型系数取1.3，地面粗糙度为B 类。

3 建筑结构布置

本工程为综合建筑，1～3层为商业及住宅大堂，建筑对底下3层的柱墙的布置有严格的要求，而上部住宅则要求室内方正适用。为满足上述要求，结构采用部分框支剪力墙结构。上部住宅结构布置时利用外墙、楼梯间和电梯间围护墙、分户墙、部分不妨碍建筑使用功能的户内隔墙，布置钢筋混凝土剪力墙。针对1～3 层建筑需要大开间的要求，结构在建筑4层楼面标高处采取梁式转换的形式来实现。

4 超限應对措施

本工程结构体系复杂并采用高位梁式转换，存在长宽比超限等问题，针对超限情况，设计中采取了一系列措施，总结如下：

（1）在计算上采用两种符合实际情况的空间分析程序（SATWE 和PMSAP）进行分析比较。

（2）采用弹性时程分析方法进行多遇地震的补充计算。

（3）采用静力弹塑性（Pushover）分析方法补充分析结构在罕遇地震下的变形反应。

（4）提高薄弱部分关键构件的抗震构造措施，如对轴压比较高的框支柱和跨度较大的转换梁采用型钢混凝土，增强其延性， 框支框架抗震等级按一级要求设计。

（6）复核了塔楼中部筒体剪力墙在瞬时最大风力和中震作用下受拉的情况，并采取了相应措施。

（7）楼板较弱比较大的区域计算时按弹性膜计算，同时对相应板厚和配筋作加强处理。

5 结构计算的主要结果汇总及对比分析 5.1 结构计算程序

本工程结构整体计算采用SATWE 和PMSAP 程序进行计算分析。 5.2 程序使用的注意事项

（1）程序平面输入时应注意人工指定框支柱、框支梁。在平面输入时应正确指定转换构件，确保程序计算时能按相关规范规定，对转换梁、框支柱在水平地震作用下的计算内力进行放大。

（2）对于一字形墙肢出现与其平面外方向的楼面梁连接时，为抵抗梁端弯矩对墙的不利影响，在程序计算中将梁与墙相交处作铰接处理，减少梁对墙产生的平面外弯矩。此时，在墙与梁相交处设置暗柱，并按计算确定其配筋。

（3）剪力墙之间的连接梁应根据具体情况指定为连梁或框架梁。对一端或两端与剪力墙相交的梁会在程序中默认为连梁，计算中程序会对其刚度进行折减

后再计算其内力，而对跨高比大于5 的连梁，其受力模式接近框架梁，此时应将该类梁人工定义为框架梁，以求内力分析的准确。

5.3 主要计算结果及对比分析

建模计算时上部结构的嵌固端设在地下室顶板，分析中考虑了偶然偏心和双向地震作用，振型组合方法采用考虑扭转耦连的CQC方法。

（1）通过计算最后得到前6阶模态振型的振动周期结果。两个程序计算得到的第一、第二周期T1、T2 分别为x、y 方向的平动周期，第三周期T3为扭转第一周期，T3/T1小于规范的限值0.85，表明该结构具有良好的抗扭转能力，符合抗震概念设计的要求。根据计算，扭转周期比满足要求，有效质量系数满足要求。

（2）通过计算得到的结构最大响应位移、最大层间位移角及最大位移比均满足要求，地震作用下的剪重比在正常范围内。

（3）转换层上、下层侧向刚度比：本工程在结构三层位置设梁式转换，转换层上下结构刚度比应满足JGJ3-2010 附录E 第E.0.3 条的规定。由计算结果知转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比γex=0.92 、γey= 0.90，满足规范要求。转换层与相邻上部楼层侧向刚度比为X 向72%、Y 向82%均大于60%，满足规范要求。

5 结构抗震性能综合评价

本工程属于复杂高层建筑。由于在结构设计中采取了较为合理的结构布置，并对结构的薄弱处采取了有效的构造措施，同时对局部重要的构件采用中震弹性设计及中震不屈服设计，从而减小了结构不规则性带来的不利影响，使结构仍然具有较好抗震性能。

两个程序计算结果基本一致，只是由于在单元模型上、刚域处理上的差异，使计算结果在数值上存在一定的差异，但均在工程可接受的范围内。

参考文献

[1] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S]。 [2] JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]。

[3] 肖伟，张树传，杨玛莎.《复杂高层建筑工程结构设计》[M].福建科学技术出版社，2009。