海東花園36號住宅樓位于青海省西寧市海東花園小區(qū)院內(nèi),北鄰地礦設(shè)計院,西側(cè)為海東花園45號住宅樓,經(jīng)調(diào)查地表無不良地質(zhì)現(xiàn)象存在。該工程屬于住宅建筑,設(shè)計使用年限為50年,建筑耐火等級為二級。抗震設(shè)防烈度為七度,主體為剪力墻結(jié)構(gòu),裙房為框架結(jié)構(gòu)。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級,主體為筏板基礎(chǔ),裙房為柱下獨立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)。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(jié)構(gòu)設(shè)計）

 

2、概念設(shè)計與總體指標控制

    小高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)由于住宅建筑空間分割面積較小,很多設(shè)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(diào)整地去做施工圖,實際上如此結(jié)構(gòu)布置很難做到安全、合理、經(jīng)濟。概念設(shè)計的目標是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震的作用,避免出現(xiàn)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(jié)構(gòu)在整體上安全合理。目前很多設(shè)計剪力墻滿布,造成結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)顯示,有的設(shè)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(shè)計中剪力墻布置又過少,結(jié)構(gòu)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(shè)計具體到工程設(shè)計中需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員布置剪力墻時在結(jié)構(gòu)平面上盡量使x向和y向抗側(cè)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(shù)樓層出現(xiàn)敏感薄弱部位,使結(jié)構(gòu)整體形成均勻的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合電算才能作出安全、經(jīng)濟、合理的結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)總體指標控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。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(jié)構(gòu)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(shù)的0.06~0.08倍之間。另外,對結(jié)構(gòu)布置扭轉(zhuǎn)的控制,在考慮偶然偏心影響的地震作用下,樓層豎向構(gòu)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(shù)字后的值，如：1.24取2位有效數(shù)字為1.2)。該工程計算結(jié)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1](以下簡稱《高規(guī)》)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(guī)》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(nèi)。

 

3、基礎(chǔ)設(shè)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(shè)置地下室。基礎(chǔ)多采用筏板基礎(chǔ)。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長度也直接影響結(jié)構(gòu)整體安全和工程造價。該工程上部12層帶1層地下室,根據(jù)勘察報告,取筏板厚為1 000 mm,經(jīng)細算后筏板可減至800 mm,經(jīng)濟性明顯。因此,基礎(chǔ)選型應作方案比較,才能選定經(jīng)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(shù)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(jù)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(guān),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(yōu)化調(diào)整才能取得較滿意的結(jié)果。另外,筏板長度的設(shè)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(guī)采用設(shè)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(shè)置幾條后澆帶,也沒有其他措施是不妥當?shù)摹Ｄ壳翱刹捎锰砑觿┮匝a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(nèi)可不設(shè)或少設(shè)后澆帶,并且對所設(shè)后澆帶采取必要的保護和加強措施。該工程長50.75m,大于規(guī)范要求的45m,故筏板基礎(chǔ)采后澆帶來解決結(jié)構(gòu)超長的問題,效果良好。

 

4、剪力墻設(shè)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(zhì)心和剛心趨于重合,且x,y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應避免“一”字形剪力墻,若出現(xiàn)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(shè)置暗柱,當梁高大于墻厚的2.5倍時,應計算暗柱配筋,轉(zhuǎn)角處墻肢應盡可能長,因轉(zhuǎn)角處應力容易集中,有條件時兩個方向均應布置成長墻;規(guī)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(zhì)心x向在同一位置,y向相差0.5 m,大大減小了扭轉(zhuǎn)效應;主梁擱置在剪力墻上的,在相應部位設(shè)置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。

 

    4.2、剪力墻配筋及構(gòu)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(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。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(gòu)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(chǎn)生的側(cè)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(nèi)側(cè),豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》[2]第4.1.6條規(guī)定:迎水面保護層應大于50 mm。

 

    4.2.2、剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置

    試驗研究表明,鋼筋混凝土設(shè)置邊緣構(gòu)件后與不設(shè)邊緣構(gòu)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(wěn)定性,因此一般一、二級抗震設(shè)計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;其余剪力墻應按《高規(guī)》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。有工程技術(shù)人員對剪力墻約束邊緣構(gòu)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(jié)果中在墻肢軸壓比小于0.25情況下計算配筋僅為構(gòu)造配筋,而約束邊緣構(gòu)件配筋則高達40 cm²,造成設(shè)計時鋼筋配置困難,施工難度更大,雖然在小高層設(shè)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(qū)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?qū)俣讨珘�來區(qū)別對待。對于普通剪力墻,其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率,建議加強區(qū)0.7%,一般部位0.5%;對于短肢剪力墻, 應按《高規(guī)》第7.1.2條控制配筋率加強區(qū)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(guī)》控制其軸壓比,宜按框架柱進行截面設(shè)計,并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區(qū)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(shè)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(qū)取1.0%,一般部位可取0.8%。該工程地面一、二層設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件,縱筋最大直徑為 ,加強區(qū)暗柱配筋率最大為1.45%,最小為0.8%;三層及三層以上為構(gòu)造邊緣構(gòu)件,構(gòu)造邊緣構(gòu)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(shè)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(shè)計統(tǒng)一規(guī)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(zhì)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(zhì)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(shè)計院在剪力墻的樓層處均設(shè)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(jié)構(gòu),如剪力墻周邊僅有柱而無梁時,宜設(shè)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(jié)構(gòu)則沒有這方面的要求,在墻板交接處設(shè)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(shè)置暗梁雖然可行,但沒有必要設(shè)置太大斷面及配筋。該工程在地下室擋土墻頂面設(shè)置暗梁，斷面取墻厚×500mm,配筋上下各2 18。

 

5、結(jié)語

    小高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計呈多樣化的趨勢,如何做到安全、經(jīng)濟需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員通過充分運用概念設(shè)計把握結(jié)構(gòu)的整體性,科學布置剪力墻,合理設(shè)計基礎(chǔ)。為我市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)添磚加瓦。