中铁十局济南勘察设计院 山东济南
摘要：针对高烈度区高层住宅剪力墙结构用钢量不经济、墙肢易出现斜裂缝等问题，本文以黄河居住区建设项目住宅楼工程为例，系统分析了高烈度区高层住宅剪力墙结构设计的主要影响因素，并针对性地提出具体解决方案，取得了良好的技术、经济效益，为今后类似工程的结构设计工作提供重要参考。
关键词：高烈度；剪力墙结构；抗震设计
0引言
在城市化进程中，受土地供应的影响，高层住宅已经成为最主流的住宅产品。在高层住宅结构设计中，最普遍的结构形式是剪力墙结构。因此，合理的剪力墙布置和分析计算是高烈度区高层住宅设计安全性和经济性的重要保障。
1工程概况：
黄河居住区建设项目位于山东省聊城市莘县商贸街以南、支横四街以北、支纵十五路以东、支纵十六路以西。项目总占地面积约为11.3万平方米，总建筑面积约为27.5万平方米，其中地上建筑面积约为21.8万平方米，地下建筑面积约为5.7万平方米，小区由25栋18层住宅，1个幼儿园及附属配套组成。
2结构主要设计参数
本项目住宅均采用剪力墙结构，设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，重要性系数为1.0，基本风压：Wo=0.45kN/m2（n=50），地面粗糙度为B类，基本雪压为So=0.35kN/m2，建筑抗震设防类别为标准设防类，地震作用抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为III类，场地设计特征周期为0.55s。
3结构设计重点及难点
（1）地震设计烈度高，地震作用力大。地震基本加速度0.20g，场地类别为III类，地震作用高于常规住宅，地震下结构反应强烈，墙肢及连梁宜过早地出现斜裂缝。
（2）本项目为EPC总承包项目，对结构经济性的控制要求高，减少材料消耗、提高结构效率是设计工作的核心要点之一。
4结构布置方案
在高层结构设计中，剪力墙布置的优劣直接关系到整体结构的各项技术性能指标及工程经济性。设计人员应从项目实际出发，最大程度地兼顾布置方案的结构性能与成本控制，以实现项目安全、经济和优质的融合。
剪力墙布置应遵循以下原则：
（1）平面布置宜简单、规则，宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置，两个方向的侧向刚度不宜相差过大。
（2）抗震设计时，不应采用仅单向有墙的结构布置，宜自下到上连续布置，避免刚度突变。门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置。一、二、三级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙，全高均不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙。
（3）剪力墙不宜过长，较长剪力墙宜设置跨高比较大的连梁将其分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高度与墙段长度之比不宜小于3，墙段长度不宜大于8m。
根据以上剪力墙布置原则，为满足结构经济性，在本工程中，以8#楼为例，剪力墙具体布置方案如1所示：
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图1 8#楼标准层结构布置图
5结构计算
采用中国建筑科学研究院编制的“多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件－SATWE”对本项目进行结构整体分析，计算结果如下：
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地震作用下基底总剪力/风荷载作用下基底总剪力：
X向：9477.7/875.7=10.8
Y向：9405.7/2765.4=3.4
对比发现地震作用是风荷载作用的3.4倍，符合高烈度区的规律。经计算分析，发现在8#楼设计中存在剪压比超限的墙肢和连梁及个别配筋率超筋的剪力墙，如图2所示。
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图2 墙肢及连梁剪压比、配筋超限示意图
6结构优化措施
（1）1号墙肢超筋，从模型计算结果的震动情况看，南侧的刚度比北侧的弱。采用减短超筋墙肢长度的方式，使其承担的地震力减小，同时增强其余部位的刚度，使其不再超筋。
（2）2、3、4、5号墙肢剪压比超限，超限的墙肢均在首层，在计算结果中查看各墙肢剪压比超限的量，有针对性的采取有效措施。
2号墙肢剪压比：V=408KN>Fv=0.18*fc*B*Ho=315 KN
3号墙肢剪压比：V=405KN>Fv=0.18*fc*B*Ho=398KN
4号墙肢剪压比：V=439KN>Fv=0.18*fc*B*Ho=437KN
5号墙肢剪压比：V=401KN>Fv=0.18*fc*B*Ho=398KN
对2号墙肢剪压比超出允许值较多，在不影响建筑使用功能和建筑立面造型的前提下采取加厚墙肢的办法，避免剪压比超限。调整后2号墙肢示意图如下：
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图3 调整后2号墙肢示意图
调整后2号墙肢剪压比：
V=205.5KN<Fv=0.18*fc*B*Ho=232.26 KN
3、4、5号墙肢剪压比超出允许值较少，采取增大附近墙肢刚度，同时减弱自身墙肢刚度的方式避免剪压比超限，从而减小其对总地震力的分担比例。调整后各墙肢剪压比：
3号墙肢剪压比：V=396KN<Fv=0.18*fc*B*Ho=398KN
4号墙肢剪压比：V=432KN<Fv=0.18*fc*B*Ho=437KN
5号墙肢剪压比：V=397KN<Fv=0.18*fc*B*Ho=398KN
（3）6、7、8、9号连梁剪压比超限，超限的连梁多在中间楼层数的1/3范围内（即6~12层），连梁剪压比超限是高烈度设防地区常见的普遍现象，连梁作为剪力墙结构的主要耗能构件，也允许其先破坏，吸收大量的地震力，保证竖向构件剪力墙不破坏或少破坏，本工程通过下列3种措施对剪压比超限连梁进行调整：
1）减小连梁截面高度或减小连梁刚度；
2）对墙连梁的弯矩进行塑性调幅，但要限制调幅范围并且在风荷载作用下始终保持弹性状态，不出现塑性铰。
3）对调整后剪压比仍然超限的连梁，当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析，墙肢截面按两次计算的较大值计算配筋。
调整后各连梁的加压比如下：
6号连梁剪压比：JYB=0.23<0.24
7号连梁剪压比：JYB=0.24=0.24
8号连梁剪压比：JYB=0.30≤0.24
9号连梁剪压比：JYB=0.22≤0.24
调整后8号连梁剪压比依然存在超限问题，对其采取了配置斜筋的方法进行加强。采用此方法要注意合理布置钢筋，防止钢筋过密，影响混凝土的浇筑质量。
6结语
本文以黄河居住区建设项目住宅楼工程的结构设计为背景，系统介绍了高烈度区高层住宅剪力墙结构布置的原则、结构设计重点和难点并针对性地提出了解决方案，有效解决了高烈度区高层住宅墙肢和连梁剪压比超限的难题，在高层住宅结构设计领域具有良好的借鉴意义和参考价值。
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