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摘要：文章结合工程实例，从结构布置、结构计算、构件设计等方面探讨了高层住宅楼剪力墙结构设计中相关要点进行了研究，并提出了结构设计中注意问题，以供建筑结构设计人员参考。
关键词：高层建筑；结构设计；结构计算；抗震设计
随着我国经济的不断发展，高层建筑的建设数量不断增多，建筑结构体系也变得越来越复杂，从中给设计人员带来了一些难度，因此需要不断地更新设计理念。近年来，高层混凝土剪力墙结构在住宅建筑中得到了广泛的应用，因此，如何做好高层钢筋混凝土剪力墙结构设计工作具有明显的意义。本文结合工程实例，主要就高层住宅楼剪力墙结构设计要点进行了论述。
1 工程概述
某高层住宅楼，地上24层，地下2层，采用框支-剪力墙结构，地下部分为车库及设备用房；首层架空层，层高6.3m；2 层以上为住宅，层高3.2m。本工程在四层设置了转换层，设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑物抗震类别丙类；地震设防烈度为7度。
2 结构设计与布置
2.1 抗震等级的确定
在框支剪力墙结构抗震等级确定时，对于转换层以上剪力墙，应按照普通的剪力墙结构的抗震等级进行取用，对于框支层框架的抗震等级，应按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2016）予以提高。本工程抗震设防烈度为7度，底部加强部位剪力墙以及转换层以上非底部加强部位剪力墙抗等级震按二级。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3－2010)中第3.3.2条的规定，丙类建筑需满足本地区抗震设防烈度要求。若为甲类建筑场地，场地的设防烈度为6、7度时，在采用抗震构造措施时需要按本地区抗震设防烈度提高一度。
2.2 转换层结构布置
结构转换层型式主要分为巨型梁转换层结构、厚板转换层结构以及巨型桁架转换结构等。在工程结构设计中，应用较多的为转换梁的型式，其具有受力明确、设计简单等优点，因此在底层大空间剪力墙结构中得到了广泛的应用。本工程通过这几种结构型式的比较，决定采用巨型梁转换层结构，主要在大梁将上部剪力墙托柱上使用。另外，由于建筑地形的原因，地下室有一个侧面埋在地面以上，因此在建筑高度计算时，需要考虑到安全问题，在设计时需要从地下室最低层标高算起，通过计算可知，建筑主体高度为96m。而按照《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3－2016)中第3.3.2条中规定，本建筑的高度为B级。考虑到出于型钢混凝土结构具有承载力大、结构延性较好，变形能力强方面的考虑，需要对结构转换层的刚度进行控制，以减小转换层下部附近层的层间位移。因此，本工程在底部框支梁与框支柱设计时决定采用型钢混凝土结构。
2.3 标准层结构布置
在布置标准层墙柱过程中，为了减少地震作用下的扭转效应，需要使得结构的刚度中心与质量中心相互重合，因此在建筑周边均匀布置剪力墙。若平面形状变化出现凹凸现象，应在把剪力墙布置在凸出部分的端部附近，同时为了控制结构位移，提高抗震性能，需要增强边角部位剪力墙的刚度，加大电梯间筒形剪力墙布置。与此同时，在进行剪力墙布置时，对于纵横剪力墙，应采用 L 形和T 形布置，并确保剪力墙纵横两个主轴方向上刚度的一致性。另外，在结构设计过程中，需要在框架转换梁上布置上部墙体，而尽量避免采用次梁转换标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸，同时，混凝土强度等级由C45向C30转变，剪力墙厚度由300mm向200mm转变。
3 结构计算分析
本住宅采用中国建筑科学研究院 PKPM 系列 SATWE 软件计算分析，以 SATWE的计算结构为施工图设计提供参考依据。
3.1 振型及周期
住宅计算振型数为24个，根据计算结果分析，在抗震计算时的振型参与质量与总质量之比为: X向为96.05%，Y向为96.01%；从中可以看出，在计算基本周期及扭转因子时采用的振型数是足够的，空间振型的周期:T1=2.82(Y方向平动系数1.0；T2=2. 49；X 向平动系数0.98)；T3=2.18（扭转系数0.98）。根据工程实践统计，一般情况下框架剪力墙结构的第一自振周期范围大概为：T1=（0.08～0.12)n（n为建筑物的层数）。本工程第一振型的周期约为0.09n，在合理的范围之内。如果按照刚性楼板假定进行结构整体计算时，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，其结构扭转为主的第一自振周期T扭与平动为主的第一自振周期T平之比，T平/ T扭＝ 0.773，在结构的水平位移在规范的允许范围之内，满足规范要求。
3.2 转换层刚度比
在进行结构刚度比计算时，应选用剪切刚度参数进行计算，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比为:X方向γ=1.198，Y方向γ=1.182，可以看出，转换层上下层侧向刚度较小以及层间位移角也比较接近，因此满足了侧向刚度渐变的要求。
3.3 动力时程分析
住宅采用 PKPM系列——结构空间有限元分析与设计软件SATWE 程序进行动力时程分析，对结构设计进行了补充。波形主要采用mmw－3、lan3－3以及lan5－3。控制指标以层间剪力和层间变形为主。相对于振型分解法来说，大多数楼层墙、梁配筋基本一致，从中可以看出，建筑结构的刚度设计满足规范要求。同时，在设计中对于薄弱楼层的配筋及时采取了加强措施。
4 结构构件设计
（1）框支柱设计。住宅框支柱抗震等级为二级，轴压比应小于0.6，而对截面尺寸较大而形成的短柱，应小于0.5。本工程计算的墙最大轴压比二级抗震为0.57，因此符合《建筑抗震设计规范》的要求。在抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位的范围，如底部塑性铰范围，旨在为了在此范围内采取抗震加强措施，如增加墙体纵横向钢筋和边缘构件箍筋等，以改善建筑结构的抗震性能。
（2）框支梁。本工程框支梁为500~1000mm宽。其受力较大且较复杂，是确保框支剪力墙抗震性能的重点部位，为此，在结构设计时需要考虑到安全性问题。首先，要确保框支梁纵筋配筋率大于0.5%。框支梁为偏心受拉构件，梁中存在一些轴力，所以需要配置足够数量的φ18腰筋，同时要保持梁高间距小于200mm。框支梁作为抗震重要部位，在设计时应遵从“强剪弱弯”原则，在满足纵筋基础下，要加强箍筋。
（3）转换层楼板。框支剪力墙结构主要以转换层为界，上下部分楼层结构内力分布是有差异的。在上部楼层，由于外荷载产生的水平力应按照剪力墙的等效刚度比进行分配；在下部楼层，平剪力主要集中在落地剪力墙上，也就是在转换层处荷载分配产生突变。同时，由于转换层楼板具有一定的刚度，因此转换层楼板应采用C40混凝土，厚度200MM，配筋率达到0.41%。
5 结语
综上所述，本文结合工程实例探讨了框支-剪力墙结构设计中相关要点，在建筑结构设计的过程中，不仅要满足建筑的使用功能的要求，而且要使结构体系更加合理。同时，在结构的选型和布置时，要充分考虑到建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等方面的问题，以实现建筑结构最优化目标。
参考文献
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3－2016)修订版
[2]覃文胜.高层建筑梁式转换层结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2018.
[3]赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京:科学出版社，2019