超限高层住宅剪力墙结构设计问题分析

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1、超限高层住宅剪力墙结构设计问题分析随着当前超高层住宅建设项目的不断增多，建筑风格的日趋多样化，超限结构的设计问题也日益成为了高层住宅建筑工程的重难点。本文结合工程实例，从超限情况的处理、计算分析、结构静力弹塑性分析等方面分析和探讨了高层住宅剪力墙结构设计过程中的常见问题。关键词：超限高层住宅；剪力墙；结构设计；问题超限高层住宅建筑是指高度超高、体型复杂、跨度大、结构异常，国家现行规范和规程所没有包含的建筑工程，为了杜绝安全与质量的隐患，这类工程在设计初始阶段，就应当进行抗震设防的专项审查工作。剪力墙结构作为超限高层住宅中最为常用和主要的结构主体，对其相应设计问题的探讨与研究，对保证建筑工程的

2、安全经济，以及抗震设防目标的实现都有着极为重要的现实意义。　　一、工程概况　　某工程总建筑面积达23万平方米，地上部分建筑为6栋41层住宅，地下部分3层，为停车场、人防室和设备用房。工程结构主体采用了剪力墙结构，各楼层的层高分别为负三层为4.3米，负二层为4.1米，负一层为4.4~6.1米，塔楼首层为10米，二层以上为3.45米，天面总标高为148米。　　根据工程地质勘察技术报告和抗震设计规范，该场地设计地震分组为第一组，场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，场地土为Ⅱ类。勘察场地地形平坦，地层分布较为均匀，场地也较为稳定，无不良地质作用，是建筑抗震的有利地段。　　二、超

3、限情况处理　　1.工程超限的问题　　(1)该高层住宅工程的塔楼高度为148米，属于B级高度。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定，B级工程的建筑结构高宽比应控制在7以内，而该住宅工程的高宽比在7.3，略微超过了《高规》中的最大高宽比，没有符合该条规定。　　(2)《高规》中规定了在开洞和凹入扣除以后，建筑工程的楼板的最小净宽度值在任一方向都应大于5米，而该工程的塔楼平面类型为凸型，属于楼板局部不连续，均不满足《高规》的规范。　　(3)工程在首层和地下室为防止伸缩缝漏水问题，并没有设置伸缩缝，也超过了《高规》中对于伸缩缝最大间距的规定。　　2.针对超限问题的设计处理　　(1)剪力墙应合理布

4、置，使建筑结构的质心和刚心能够尽量重合，并通过对楼层周边配筋和边梁截面的加强，以最大化的减少扭转变形和增加抗扭刚度。　　(2)为保证尺寸较小的Y方向的侧向刚度，应沿该方向布置多道剪力墙，以满足规范的要求。需适当的增加剪力墙边缘约束构件的配筋率，以及底部加强部位在竖向和水平方向的配筋分布率，并严格控制剪力墙的轴压比，以符合规范的要求。　　(3)该工程的标准层的墙厚为30~40厘米，因首层的高度较大，为满足侧向刚度和墙柱稳定的要求，可将首层的剪力墙的厚度增大为60~70厘米。因部分电梯和楼梯的剪力墙结构受到空间的限制无法加厚，则可进行降低该处层高和加设夹层楼板的设计处理。　　(4)在地下室结构的

5、设计方面，应充分对混凝土收缩有可能带来的不利影响进行评估和考虑，并可适当的提高地下室壁板构造的配筋率。同时还需加强对混凝土在浇筑后的养护管理，做好喷水保湿工作，并至少养护14天以上。　　三、计算分析和对比　　1.弹性时程分析　　该工程采用了国建筑科学研究院编制的SATSAP两种程序进行同时计算分析、对比。为符合《高规》的要求，该工程对剪力墙在小震作用下的弹性时程进行了分析，每栋建筑选二组实际地震波和一组人工波进行计算对比。对弹性时程进行分析时，所输入的最大地震加速度为35cm/s2。相应各条地震波的特征值见下表1。　　表1结构分析结果地震波名称卓越周期（s）记录长度（s）最大加速度（g）TH

6、ITG0300.3528.3692.5RH2TG0350.3530100TH2TG0350.3540167.3　　下图1是时程分析所得计算结果绘制的是在X、Y方向最大楼层剪力曲线，图形显示了各栋住宅所选波形。　　　　图1时程分析主要计算结果图　　分析图1曲线，可见楼层的最大位移曲线在X、Y方向变化光滑、平稳、连续，曲线的变化趋势也符合剪力墙结构的变化形态，在顶点处的位移峰值比较合理，表面了整体结构分布均匀、刚度适中，无明显的扭转偏移；在层间最大位移角曲线无较大的收进和突出，表面了结构的竖向刚度变化均匀，没有明显的薄弱层。　　2.中震弹性验算　　该工程还采用SAT程序中的EPDA模块对结构进行

7、了静力弹塑性分析(Pushoveranalysis)，评估了结构在罕遇地震作用下的抗震能力，并根据计算的结果评价了结构在地震作用下的弹塑性状态。实现了结构在地震作用下的薄弱部位与屈服部位的寻找，并基本寻找到了结构在地震作用下各个部位的屈服顺序。　　本工程同时从构件的塑性变形程度和结构的整体性能这两个方面来评价了结构的安全性，构件的塑性变形主要通过构建塑性铰的变形发展程度来进行评估；而整体性能则通过顶点位移、最