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摘要：文章主要通过工程实例，针对某高层住宅楼剪力墙结构设计过程中注意要点进行了分析与探讨，主要从住宅楼的结构设计与布置、结构计算与结果分析及结构构件等设计要素进行了详细地论述。
关键词：住宅建筑；结构设计；；抗震设计
Abstract: This article mainly through engineering examples, aiming at a high-rise residential building shear wall structure design process to analyzed and discussed key points, mainly described from the structural design and layout, building structure calculation and result analysis as well as structural components such as design elements in detail.
Key words: Housing construction; structural design; seismic design
中圖分类号：F416.9 文献标识码A 文章编号
一、工程概述
某高层住宅楼，采用框支剪力墙结构；地上32层（95.9m） ，首层二层为商业，首层层高为4.8m，二层层高4.1m，二层以上为住宅，层高为2.9m；2层地下室，为车库及设备用房，负一层层高5.6m，负二层层高3.8m。三层楼面设置了梁板式结构转换层，设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑物抗震设防类别为标准设防（丙） ；地震分组第一组，抗震设防烈度7度；基本加速度为0.10g，场地类别为二类。
二、结构设计与布置
1、抗震等级的确定
本工程考虑地下室顶板作为嵌固部位，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ3 － 2010）第3.9.3条规定确定抗震等级；框支框架抗震等级为一级，剪力墙底部加强部位抗震等级为一级，非底部加强部位的剪力墙抗震等级为二级；地下一层抗震等级一级，地下二层抗震等级二级；整体结构仍按一般剪力墙结构采取抗震构造措施。
2、转换层结构布置
构件选择转换层可供选择的构件形式有梁、桁架、空腹桁架、箱形结构，斜撑、厚板等。在工程实践中，以转换梁的型式最常见，它设计和施工简单，受力明确，广泛应用于底层大空间剪力墙结构中，本工程经比较后采用了巨型梁转换层结构型式。
3、标准层结构布置
标准层墙柱布置时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减少地震作用下的扭转效应，因此把剪力墙均匀布置在建筑物的周边。平面形状变化尤其凹凸较大时，在凸出部分的端部附近布置剪力墙，同时增强边角部位剪力墙的刚度，加大平面远端刚度结合楼梯间及电梯间布置筒形剪力墙，用来结构控制位移，提高抗震性能。并且在布置剪力墙时纵横剪力墙尽量组成L形、T形，在纵横两个主轴方向上使剪力墙刚度基本上一致。在设计过程中，与建筑专业紧密配合，尽量使上部墙体直接落在框支柱或框架转换梁上，而不随便采用次梁转换标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小，混凝土强度等级由C50渐变至C30，剪力墙厚度由300mm渐变至200mm。
标准层住宅在外围剪力墙局部开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，针对这一不利因素，在角窗处设置了200mmX1200mm的梁（上翻600mm） ，以提高在地震作用下的结构的整体抗扭能力；除此之外标准层外围框架梁截面设计为200mmX550mm，内部梁根据使用净高和受荷情况而定，最高不能高于600mm。标准层的核心筒位于平面中心，电梯间开洞使楼面有较大的削弱，结构设计时将核心筒内楼板板厚加厚至150mm，并采取双层双向配筋，以加强其刚度；边角板厚120mm且不小于板计算跨度的1/35，其余板厚不小于100mm且不小于1/35。
三、结构计算及结果分析
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的主要设计依据。
1、振型及周期
住宅计算振型数为24个，计算结果显示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%；可见计算时采用的振型数是足够的计算基本周期及扭转因子，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）根据大量工程实例的统计，正常情况下框架剪力墙结构的第一自振周期大概范围为：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属于在正常范围之内按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，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。本工程扭转周期比Tt1/T1=0.773，满足规范要求结构的水平位移在规范的允许范围之内，结构的刚度合理。
住宅存在着一定的扭转不规则，即在考虑偶然偏心影响
的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值之比超过1.2倍，但是其比值较小（＜1.31） ，特别是塔楼部分普遍都小于1.25，最大值都在裙楼。这是由于裙楼处的水平刚度较大，其平均层位移很小，但是由于裙楼质心到端部尺寸很大，尽管扭转角很小也容易造成扭转不规则指标超限考虑到裙楼的层间位移绝对值都很小，层间位移角值比规范限基本小一倍以上，因此，对于整个结构的影响是比较小的。
2、转换层刚度比
刚度比计算选用剪切刚度参数计算，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，转换层上下层侧向刚度比较小；转换层上下层的层间位移角比较接近，在转换层处还是实现了侧向刚度渐变的要求的。
3、动力时程分析
住宅采用SATWE程序进行动力时程分析，对结构进行了补充设计。波形采用mmw－3、lan3－3，lan5－3以层间剪力和层间变形为主要控制指标。与振型分解法结果相比，大部分楼层墙。梁配筋基本一致，说明整个结构的刚度设计合理。设计中对薄弱楼层的配筋采取了加强措施。
四、结构构件设计
1、框支柱
框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全长加密，且箍筋体积配箍率不得小于1.5%。抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位（从地下室底板算起至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10） ，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。
2、转换层楼板
框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。由于转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务，且转换层楼板自身必须有足够的刚度保证，故转换层楼板采用C45混凝土，厚度200MM，￠10@150钢筋双层双向整板拉通（采用三级钢） 。
五、结束语
综上分析，在建筑结构设计时，除了满足建筑的使用功能的要求之外，还要使结构体系更加合理，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，从而满足建筑结构合理的使用要求。
参考文献：
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）修订版
[2] 赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2006
[3] 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，2010.
关键词：住宅建筑；结构设计；；抗震设计
Abstract: This article mainly through engineering examples, aiming at a high-rise residential building shear wall structure design process to analyzed and discussed key points, mainly described from the structural design and layout, building structure calculation and result analysis as well as structural components such as design elements in detail.
Key words: Housing construction; structural design; seismic design
中圖分类号：F416.9 文献标识码A 文章编号
一、工程概述
某高层住宅楼，采用框支剪力墙结构；地上32层（95.9m） ，首层二层为商业，首层层高为4.8m，二层层高4.1m，二层以上为住宅，层高为2.9m；2层地下室，为车库及设备用房，负一层层高5.6m，负二层层高3.8m。三层楼面设置了梁板式结构转换层，设计使用年限为50年，安全等级为二级，建筑物抗震设防类别为标准设防（丙） ；地震分组第一组，抗震设防烈度7度；基本加速度为0.10g，场地类别为二类。
二、结构设计与布置
1、抗震等级的确定
本工程考虑地下室顶板作为嵌固部位，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ3 － 2010）第3.9.3条规定确定抗震等级；框支框架抗震等级为一级，剪力墙底部加强部位抗震等级为一级，非底部加强部位的剪力墙抗震等级为二级；地下一层抗震等级一级，地下二层抗震等级二级；整体结构仍按一般剪力墙结构采取抗震构造措施。
2、转换层结构布置
构件选择转换层可供选择的构件形式有梁、桁架、空腹桁架、箱形结构，斜撑、厚板等。在工程实践中，以转换梁的型式最常见，它设计和施工简单，受力明确，广泛应用于底层大空间剪力墙结构中，本工程经比较后采用了巨型梁转换层结构型式。
3、标准层结构布置
标准层墙柱布置时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减少地震作用下的扭转效应，因此把剪力墙均匀布置在建筑物的周边。平面形状变化尤其凹凸较大时，在凸出部分的端部附近布置剪力墙，同时增强边角部位剪力墙的刚度，加大平面远端刚度结合楼梯间及电梯间布置筒形剪力墙，用来结构控制位移，提高抗震性能。并且在布置剪力墙时纵横剪力墙尽量组成L形、T形，在纵横两个主轴方向上使剪力墙刚度基本上一致。在设计过程中，与建筑专业紧密配合，尽量使上部墙体直接落在框支柱或框架转换梁上，而不随便采用次梁转换标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小，混凝土强度等级由C50渐变至C30，剪力墙厚度由300mm渐变至200mm。
标准层住宅在外围剪力墙局部开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，针对这一不利因素，在角窗处设置了200mmX1200mm的梁（上翻600mm） ，以提高在地震作用下的结构的整体抗扭能力；除此之外标准层外围框架梁截面设计为200mmX550mm，内部梁根据使用净高和受荷情况而定，最高不能高于600mm。标准层的核心筒位于平面中心，电梯间开洞使楼面有较大的削弱，结构设计时将核心筒内楼板板厚加厚至150mm，并采取双层双向配筋，以加强其刚度；边角板厚120mm且不小于板计算跨度的1/35，其余板厚不小于100mm且不小于1/35。
三、结构计算及结果分析
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的主要设计依据。
1、振型及周期
住宅计算振型数为24个，计算结果显示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%；可见计算时采用的振型数是足够的计算基本周期及扭转因子，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）根据大量工程实例的统计，正常情况下框架剪力墙结构的第一自振周期大概范围为：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属于在正常范围之内按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，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。本工程扭转周期比Tt1/T1=0.773，满足规范要求结构的水平位移在规范的允许范围之内，结构的刚度合理。
住宅存在着一定的扭转不规则，即在考虑偶然偏心影响
的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值之比超过1.2倍，但是其比值较小（＜1.31） ，特别是塔楼部分普遍都小于1.25，最大值都在裙楼。这是由于裙楼处的水平刚度较大，其平均层位移很小，但是由于裙楼质心到端部尺寸很大，尽管扭转角很小也容易造成扭转不规则指标超限考虑到裙楼的层间位移绝对值都很小，层间位移角值比规范限基本小一倍以上，因此，对于整个结构的影响是比较小的。
2、转换层刚度比
刚度比计算选用剪切刚度参数计算，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，转换层上下层侧向刚度比较小；转换层上下层的层间位移角比较接近，在转换层处还是实现了侧向刚度渐变的要求的。
3、动力时程分析
住宅采用SATWE程序进行动力时程分析，对结构进行了补充设计。波形采用mmw－3、lan3－3，lan5－3以层间剪力和层间变形为主要控制指标。与振型分解法结果相比，大部分楼层墙。梁配筋基本一致，说明整个结构的刚度设计合理。设计中对薄弱楼层的配筋采取了加强措施。
四、结构构件设计
1、框支柱
框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全长加密，且箍筋体积配箍率不得小于1.5%。抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位（从地下室底板算起至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10） ，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。
2、转换层楼板
框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。由于转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务，且转换层楼板自身必须有足够的刚度保证，故转换层楼板采用C45混凝土，厚度200MM，￠10@150钢筋双层双向整板拉通（采用三级钢） 。
五、结束语
综上分析，在建筑结构设计时，除了满足建筑的使用功能的要求之外，还要使结构体系更加合理，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，从而满足建筑结构合理的使用要求。
参考文献：
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）修订版
[2] 赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2006
[3] 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，2010.