高层住宅中错层剪力墙结构的设计

时间日期：2010-4-28 已被阅读次：[6421]

佛山市正方审图中心庞国勇
　　
　　[提　要]　本文以高层错层住宅为研究对象，讨论了结构错层对剪力墙结构的影响。结
　　　　　　　合住宅工程实例，对错层剪力墙结构的结构方案、结构计算、抗震措施作了
　　　　　　　详细介绍。
　　[关键词]　错层结构；剪力墙结构；抗震措施

　　1、概述
　　近年来，人们生活水平不断提高，对居住环境的要求越来越高，错层式住宅以其空间高
低错落有致、使用合理、居住舒适等优点，越来越受到人们的青睐，这种错层式住宅多采用
剪力墙结构。但是错层结构是一种对抗震不利的结构形式，错层剪力墙结构使剪力墙形成错
洞墙，导致结构刚度不规则，对结构抗震有不利影响，尤其对平面不规则和扭转效应显著的
错层结构破坏特别严重。JGJ3－2002《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高规》)
建议在抗震设计时高层建筑宜避免错层，同时也对错层结构的设计提出了一些规定。本文介
绍了错层结构的相关研究内容，并结合某高层住宅错层剪力墙结构工程实例，简单阐述错层
剪力墙结构的概念设计、建模计算以及抗震构造措施等设计方法。

　　2、错层结构的相关研究
　　研究[1]表明，对于错层结构，一般认为其不利的因素主要源于两个方面：一是由于楼
板被分成数块，相互错置，在错层构件中产生很大的变形和内力，削弱了楼板协调结构整体
受力的能力；二是由于楼板错层，使得错层交接部位形成竖向短构件，可能在同向受力中因
错层构件刚度大而产生内力集中，不利于抗震。短构件问题主要是针对多层框架结构，其不
利于抗震的震害表现也多出现在多层框架中。对于以剪力墙为主要受力构件的高层住宅，规
则的错层对结构受力的影响有限，影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结构的错层会
增大结构的抗侧刚度，错层构件在结构整体中所占的比例越大，则整体侧向刚度增加幅度越
大，但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。如图1所示，相互错层的相邻
楼板A和B仅由中间的错层柱或墙相联系，相比较平面刚度极大的楼板，错层柱或墙的弯剪刚
度是个极小值，当结构受力时，结构两部分将产生不协调变形，可能会在错层柱或墙中形成
较大的内力，错层柱或墙的受力与两部分的均匀性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明，
由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏，根据振动台试验和静力试验破坏结果，错层剪力墙结
构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知，错层对剪力结构体系得影响有限，错层剪力结
构通过结构的合理布置和结构措施的加强，可以满足抗震设计的要求。
　　
　　3、工程实例
　　3．1工程概况某高层住宅小区位于佛山市南海区，其中4号楼为错层剪力墙结构。该工
程建筑平面布置为一字型(如图2)，建筑物长度约为69m，宽度约为12．6m，建筑主体高度52
．1m，共18层，加上屋顶以上塔楼的高度后，建筑的总高度为55．8m，高宽比为4．43。规
范要求，钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m，综合考虑变形缝设置要求，该建筑
变形缝宽度取200mm，将建筑物分成A、B、c三个单元，如图2所示(阴影处为错层区域)。建
筑剖面图见图3，住宅屡鬲为2.9m，上部结构各标高之间相差1．45m。该工程为丙类建筑，
建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0．10g，设计地震分组
为第一组，场地特征周期为Tg=0．35S，罕遇地震作用的水平地震影响系数最大值为0．72。
计算基本风压按50年重现期取0．50KN／m2．

　　3．2计算模型
　　由图2可以看出，该工程被变形缝分成A、B、C三个单元，其中A和C单元对称，因此我们
只需建立A和B两个计算模型进行计算。《高规》指出，错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度
相近的结构体系。错层结构中，错开的楼层应各自参加结构整体计算，不应该并为一层计算
。本工程采用剪力结构体系，计算软件以STAWE为主进行结构计算，以GSSAP进行校对。建模
时图3所示各标高处均按独立的计算标准层输入，错层处剪力墙厚度取250mm，与之相连的墙
体厚度也取250mm。文献[3]指出，错层剪力墙结构设计时墙体应尽量带有较大的翼缘，一是
可以增加墙体的稳定性，二是增加了墙体的抗震承载力和延性，对抗震有利。所建模型中几
乎所有墙体都带有较大的翼缘，以增强墙体的稳定性和抗震能力。文献[3]指出，在进行结
构的动力特性分析时，分别采用弹性楼板和刚性楼板模拟结构的错层楼板，发现两种计算方
法的结果差异不大。振型分解反应谱分析结果表明，结构在常遇地震作用下错层位置楼板会
产生局部应力集中现象，而位移、基底剪力等指标满足规范抗震要求。设计中用SATWE和GSS
AP计算时，分别考虑错层楼板为刚性楼板和弹性楼板，发现计算结果确实差异不大。

　　3．3计算结果
　　A单元模型的计算结果见表l，B单元的计算结果见表2。
　　两种程序的计算结果相差不大，为结构设计提供了保障。

　　3．4抗震构造措施
　　对于错层剪力墙结构，《高规》中指出，错层处平面外受力的剪力墙截面厚度抗震设计
时不应小于250mm，并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层处
剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率抗震设计时不应小于0
．5％。本例参考了大量的相关文献及其规范的要求，在建筑专业允许的前提下，设置变形
缝，将建筑分为三个部分进行设计，减小结构的扭转效应。在错层处的剪力墙加厚，厚度取
250mm，并让墙体带有较大的翼缘，增强墙体的延性和稳定性。错层处剪力墙抗震等级提高
一级，按二级考虑。混凝土强度等级在底部加强区为C35，上部为C30。

　　4、结论
　　(1)错层结构造成平面楼板不连续，竖向构件应力集中，是一种对抗震不利的结构形式
，但错层对剪力墙结构体系的影响有限，错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的
加强，可以满足抗震设计的要求。
　　(2)错层剪力墙结构的设计中，考虑结构概念设计，合理的布置结构平面，采用相应的
抗震构造措施，可以很好的保证结构的安全性，确保收到良好的经济效果。

　　依据标准及参考文献
　　[1]谢靖中，李国强，屠成松．《错层结构的几点分析》．建筑科学，2001．
　　[2]尹保江，龚思礼，程绍革等．《高层建筑中错层剪力墙结构的试验研究》．建筑科
学，1999．
　　[3]吴景松．《错层结构的抗震分析》．住宅科技，2002．
　　[4]陈勤，王兴法．《钢筋混凝土剪力墙错层高层结构抗震分析》．首届全国建筑结构
技术交流会论文集，2006．
　　[5]行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》，JGJ3－2002．
　　[6]国家标准《建筑抗震设计规范》，GB50011－2001(2008版)．

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