海東花園36號住宅樓位于青海省西寧市海東花園小區院內,北鄰地礦設計院,西側為海東花園45號住宅樓,經調查地表無不良地質現象存在。該工程屬于住宅建筑,設計使用年限為50年,建筑耐火等級為二級。抗震設防烈度為七度,主體為剪力墻結構,裙房為框架結構。地基基礎設計等級為乙級,主體為筏板基礎,裙房為柱下獨立基礎和墻下條形基礎。總建筑面積為6485.72m²,東西長約42.0m,南北長約15.0m,主體為地上12層帶1層地下室，右邊裙房為地上1層帶1層地下室，前邊裙房為地上1層。（本文僅介紹主體的剪力墻結構設計）

 

2、概念設計與總體指標控制

    小高層住宅剪力墻結構由于住宅建筑空間分割面積較小,很多設計人員對剪力墻布置往往有一定的隨意性,電算通過后就不加調整地去做施工圖,實際上如此結構布置很難做到安全、合理、經濟。概念設計的目標是使整體結構能發揮耗散地震的作用,避免出現敏感的薄弱部位導致過早地破壞,因此剪力墻的布置應以此為原則精心布置,方可使結構在整體上安全合理。目前很多設計剪力墻滿布,造成結構體系剛度過大,引起地震力加大,雖然滿足強度要求,但混凝土用量大,鋼筋用量也隨之加大(有數據顯示,有的設計僅室外地坪以上鋼筋用量就達到60 kg/m²),并且加大后的地震力有時集中于某些薄弱部位,造成安全隱患。而在某些設計中剪力墻布置又過少,結構體系中梁系互相搭接,以至傳力途徑不明確,同樣造成安全隱患。概念設計具體到工程設計中需要結構設計人員布置剪力墻時在結構平面上盡量使x向和y向抗側剛度接近,剪力墻不宜過多以免剛度過大,在梁系布置上也應力求受力明確,傳力路徑簡捷,避免梁系為多重搭接傳力,造成安全隱患。在豎向布置上也要力求均勻,避免少數樓層出現敏感薄弱部位,使結構整體形成均勻的抗側力結構體系,在此基礎上,結合電算才能作出安全、經濟、合理的結構。在布置海東花園36號樓主體剪力墻時,x向剪力墻墻肢較短,y向剪力墻墻肢較長,墻肢盡量多做成帶翼緣的L形、T形等,不做“一”字形短墻;高厚比多在8以上,通過這些措施使結構總體指標控制在規范允許范圍內。總體指標對建筑物的總體判別十分有用。譬如說若剛度太大,周期太短,導致地震效應增大,造成不必要的材料浪費;但剛度太小,結構變形太大,影響建筑物的使用。對于小高層住宅合理的剛度μ/H取1/1 000~1/2 500,剛重比在10~15之間,周期約為層數的0.06~0.08倍之間。另外,對結構布置扭轉的控制,在考慮偶然偏心影響的地震作用下,樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的1.2倍,不應大于該樓層平均值的1.5倍(該處的1.2和1.5表示取2位有效數字后的值，如：1.24取2位有效數字為1.2)。該工程計算結果x方向地震作用的樓層最大層間位移為1/1324,y方向地震作用的樓層最大層間位移為1/1594,均小于《高層建筑混凝土結構技術規程》[1](以下簡稱《高規》)第4.6.3條要求的1/1000;x方向的位移比為1.12,y方向的位移比為1.21,均不大于1.2,滿足《高規》第4.3.5條的要求。剛重比為10.8,自振周期為1.012 3 s,均在合理范圍內。

 

3、基礎設計

    目前的剪力墻體系小高層由于考慮埋置深度的要求,一般均設置地下室。基礎多采用筏板基礎。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長度也直接影響結構整體安全和工程造價。該工程上部12層帶1層地下室,根據勘察報告,取筏板厚為1 000 mm,經細算后筏板可減至800 mm,經濟性明顯。因此,基礎選型應作方案比較,才能選定經濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值,對小高層來說一般筏板厚初選時可按樓層數計,即每層按50 mm厚增加。如12層建筑則初選可取600 mm厚試算,試算后根據筏板配筋情況再逐步加大或減小。筏板厚度及配筋與地基持力層的承載力和壓縮模量有關,同時應考慮樁沖切、角樁沖切、墻沖切及板配筋等多方面的因素進行優化調整才能取得較滿意的結果。另外,筏板長度的設置也需進一步研究探討,由于考慮地下室的使用合理性,常規采用設置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫,后澆帶的作用是明顯的,但也給施工帶來了不少麻煩,甚至由于處理不當而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層,長寬均達百米以上,中間就設置幾條后澆帶,也沒有其他措施是不妥當的。目前可采用添加劑以補償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮,或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內可不設或少設后澆帶,并且對所設后澆帶采取必要的保護和加強措施。該工程長50.75m,大于規范要求的45m,故筏板基礎采后澆帶來解決結構超長的問題,效果良好。

 

4、剪力墻設計

    4.1、剪力墻科學合理的布置

    剪力墻布置必須均勻合理,使整個建筑物的質心和剛心趨于重合,且x,y兩向的剛重比接近。在結構布置應避免“一”字形剪力墻,若出現則應盡可能布置成長墻(h/w>8);應避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上,若無法避免,則剪力墻相應部位應設置暗柱,當梁高大于墻厚的2.5倍時,應計算暗柱配筋,轉角處墻肢應盡可能長,因轉角處應力容易集中,有條件時兩個方向均應布置成長墻;規范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻,大于8倍則為普通墻。該工程剪力墻布置后，剛心和質心x向在同一位置,y向相差0.5 m,大大減小了扭轉效應;主梁擱置在剪力墻上的,在相應部位設置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。

 

    4.2、剪力墻配筋及構造

    4.2.1、剪力墻配筋

    該工程剪力墻一層墻厚（除電梯間四周）為250mm,其余地面以上墻厚均為200 mm,水平鋼筋放在外側,豎向鋼筋放在內側。六層以下水平筋 雙層雙向,雙排鋼筋之間采用 拉筋;六層以上 雙層雙向,雙排鋼筋之間采用 拉筋。地下部分外圍墻體豎向配筋 為主要受力鋼筋,水平筋則構造配置,該工程均取 。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產生的側壓力控制,簡化計算后由豎向筋控制。為增大計算墻體的有效高度,可將地下部分墻體的水平筋放在內側,豎向鋼筋放在外側。地下部分墻體鋼筋保護層按《地下工程防水技術規范》[2]第4.1.6條規定:迎水面保護層應大于50 mm。

 

    4.2.2、剪力墻邊緣構件的設置

    試驗研究表明,鋼筋混凝土設置邊緣構件后與不設邊緣構件的矩形截面剪力墻相比,其極限承載力提高約40%,耗能能力增大20%,且增加了墻體的穩定性,因此一般一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件;其余剪力墻應按《高規》第7.2.17條設置構造邊緣構件。有工程技術人員對剪力墻約束邊緣構件配箍特征值偏大的問題進行了研究,對某具體工程計算結果中在墻肢軸壓比小于0.25情況下計算配筋僅為構造配筋,而約束邊緣構件配筋則高達40 cm²,造成設計時鋼筋配置困難,施工難度更大,雖然在小高層設計不常見,但上述情況也反映出配箍特征值偏大的實際情況,故對剪力墻的配筋應首先區分剪力墻的受力特性及類別,即普通剪力墻(長墻)、短肢剪力墻、小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向屬短肢墻來區別對待。對于普通剪力墻,其暗柱配筋滿足規范要求的最小配筋率,建議加強區0.7%,一般部位0.5%;對于短肢剪力墻, 應按《高規》第7.1.2條控制配筋率加強區1.2%,一般部位1.0%;對于小墻肢其受力性能較差,應嚴格按《高規》控制其軸壓比,宜按框架柱進行截面設計,并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區1.2%,一般部位1.0%;而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體,設計中往往按長肢墻進行暗柱配筋并不妥當,建議有兩種方法:其一,計算中另一方向短肢不進入剛度,則配筋可不考慮該方向短肢影響;其二,計算中短肢計入剛度,則配筋中應考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率在加強區取1.0%,一般部位可取0.8%。該工程地面一、二層設置構造邊緣構件,縱筋最大直徑為 ,加強區暗柱配筋率最大為1.45%,最小為0.8%;三層及三層以上為構造邊緣構件,構造邊緣構件縱筋配筋率普遍在0.6%～0.7%。

 

    4.2.3、剪力墻的連梁

    剪力墻中的連梁跨度小,截面高度大,雖然在計算中對其剛度進行折減,但在地震作用下彎矩、剪力仍很大,有時很難進行設計,如果加大連梁高度,配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標高。對于門洞,上述所示情況梁的高度是一樣的;但對于窗洞,連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底,有時則高度太高,這樣高跨比太大,并且與計算圖形不符,相應配筋亦較大,不合理。所以連梁高度計算與設計統一規定從洞頂算到樓板面或屋面,對于窗洞樓面至窗臺部分可用輕質材料砌筑。對于窗臺有飄窗時,可再增加1根梁,2根梁之間用輕質材料填充。連梁配筋應對稱配置,腰筋同墻體水平筋。該工程連梁截面均為墻厚×400mm,大部分連梁縱筋為4 14,箍筋為 ;個別連梁縱筋為4 16,箍筋為 。4.2.4、剪力墻的暗梁目前各設計院在剪力墻的樓層處均設置暗梁,而對暗梁的作用及配筋亦各有理解。對于框架-剪力墻結構,如剪力墻周邊僅有柱而無梁時,宜設置暗梁,并且要求剪力墻兩端是明柱,這是因為周邊有梁柱的剪力墻,抗震性能要比一般剪力墻要好。剪力墻結構則沒有這方面的要求,在墻板交接處設置暗梁對加強墻體整體性作用還是有利的,但究竟有多大則無從確定。因此在樓層位置設置暗梁雖然可行,但沒有必要設置太大斷面及配筋。該工程在地下室擋土墻頂面設置暗梁，斷面取墻厚×500mm,配筋上下各2 18。

 

5、結語

    小高層住宅剪力墻結構設計呈多樣化的趨勢,如何做到安全、經濟需要結構設計人員通過充分運用概念設計把握結構的整體性,科學布置剪力墻,合理設計基礎。為我市的基礎設施建設添磚加瓦。