某公寓多层剪力墙结构设计

李月梅

（江苏省建工设计研究院有限公司，江苏南京 210000）

剪力墙的刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的位移限制，在地震作用来到时，变形相别其他墙体结构要小很多，设计中可以根据建筑物的要求规划成延性抗震墙。剪力墙在大震时同样能发挥出较强的作用，通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性变形，对地震的冲击波和能量进行消解，从而降低其他房屋结构的抗震要求，在现代建筑物中应用较为广泛。本文将以具体工程案例为基础，对某公寓的多层剪力墙结构设计进行说明，希望对剪力墙的作用进一步了解。

某学校新教师公寓住房为3 栋7 层建筑，高21.52m，屋面平面尺寸60.8m×16.2m，带1 层整体人防地下室，埋深5.4m，部分为纯人防地下室，覆土深度1.1m。地上首层层高为4.15m，二～七层层高各为2.8m，闷顶式坡屋面。采用天然地基，剪力墙结构，±0.0m 标高相当于绝对标高23.3m。基本风压值0.4kN/m2，基本雪压值0.65kN/m2。体型系数1.3，地面粗糙度B 类。按50 年使用年限，结构安全二级设计，每栋结构平面布置如图1 所示。

1 基础及地下部分设计

根据地质勘探资料分析，场区除地表填土外，下部土层主要为第四系全新统和上更新统冲积土、残积土，下伏基岩为二叠系灰岩、页岩。场地属丘岗地貌单元，岩土层大部分土质较均匀，分布及厚度较稳定。本工程根据场地岩土工程特征及结构特点，基础埋深超过5m，故此基础设计等级为乙级。现地面标高22.92～25.71m，结合勘探成果，基础底面土层以③1粉质黏土层为主，承载力特征值为180kPa，可直接作为持力层，采用天然地基筏形基础。基础部分设计时，上部有楼层荷载的区域，荷载采用人防战时和平时包络计算，控制荷载为平时荷载，基础部分除正常抗弯计算外，需进行墙对基础筏板的抗冲切计算，局部增加筏板厚度和配筋满足承载力要求。

2 结构设计

2.1 结构选型及构造措施

图1 每栋结构平面布置

公寓楼因使用空间的限制及最优结构受力性能，选用剪力墙结构，剪力墙在各端部外墙及内墙转角处设置，墙厚200mm。从抗震性能和稳定性，相同厚度和高度，长度不同，短的剪力墙弱些，结构体系中一般使用的这种墙长厚比小于8 大于5 的墙体，因此要减少使用这种剪力墙，采用长肢剪力墙为主要竖向受力构件，以提高抗震性能。结构构件受静力途径明确清晰，楼层板梁受楼层水平面面载及线载，再由梁传至墙体，至基础和地基。房屋高度小于24m，底部加强部位取地下室、地上首层，过渡层为地上首层的相邻上一层。上部嵌固层选在地下室顶板层。由于房屋长61m，超45m，从基础至屋顶需设后浇带。

2.2 抗震等级

据工程拟建地的震动横波在土内的传播速度、各土质层覆盖厚度及工程地质勘察场地评价，判定场地类别为2 类；由工程地质报告资料和规范中相应的全国县级及县级以上城镇的中心地区的抗震设防烈度，确定本工程为Ⅶ度抗震设防，且由中国地震动参数区划图、中国地震动反应谱特征周期区划图，本工程为第1 组地震分组，特征周期0.35s，又中国地震动峰值加速度区划图，本设计基本地震加速度为0.1g。教育建筑中，本工程为大学，故丙类抗震设防。竖向受力构件为剪力墙，且高度小于24m，故确定其抗震等级为四级，而少量的短肢墙（同高度的墙体，墙肢的长度是厚度的5～8 倍），抗震等级为三级。按Ⅶ度标准要求采取抗震措施，同时按Ⅶ度地震作用，进行结构受力计算。

2.3 荷载值的选取

公寓楼均布活荷载标准值取值分别为：居室、过厅2kN/m2，厨房、楼梯、走道2.0kN/m2，阳台、卫生间2.5kN/m2，配电间4kN/m2，太阳能屋顶2kN/m2；非上人屋面0.5kN/m2；附加恒载2.0kN/m2。

2.4 结构计算分析

应用PKPM 中SATWE 程序进行主体结构整个体系计算分析，本结构水平面X 向左右对称，竖向构件上下连续，且开洞不错位。地表震动的大小和特征通过场地土传播，作用于建筑物，对建筑物影响一般。多遇地震作用下，对弹性状态的结构进行内力计算和变形协调、超限分析。整个所建工程区域为多塔结构，分别按整体模型计算、按附带两跨裙楼的各塔楼分开计算，并包络设计。分塔楼模型嵌固端所在层号为2，地下室1 层，共设9 个结构标准层，闷顶式坡屋面按标准层输入模型，先按偶然偏心的影响下计算，后按双向水平地震作用下的扭转影响下计算，包络设计。楼板采用的预制叠合板与后浇混凝土叠合层相结合板，分析时定义了弹性楼板，设置面载导荷方式，按其计算结果进行楼板配筋。在进行空间整体工作计算分析时，考虑梁墙的弯曲、剪切、扭转变形以及墙的轴向变形。从各种工况计算结果显示，位移比、周期比、剪重比等指标均满足相关规范。因结构上部的嵌固位置是地下室顶板，故计算结果中侧向刚度指标也满足了相关范围地下一层是结构地上一层的2 倍。本结构中转角电梯井外侧剪力墙，其各楼层处无水平向抗侧力楼板连接导致其整体的稳定性薄弱，且槽型工字形bf1 腹板+翼缘厚度，小于截面厚度的2 倍和800mm，须进行整体墙体稳定验算，复核PKPM 相应计算结果。

3 施工图的设计

从整体计算结果分析，地上首层轴压比最大，各层墙体轴压比大部分不超0.3，个别墙体轴压比超0.3 但小于0.4。同高度的剪力墙，据其长度是否大于厚度的8 倍，分成两种墙，一般和短肢墙。剪力墙配筋除满足受压、拉、弯外，构造配筋各不相同。在底层，轴压比小于等于0.3 一般墙肢，其两端设构造边缘构件，其纵向筋配筋率不小于0.5%且大于4 根d12 筋；底层墙肢轴压比大于0.3 的一般剪力墙，再根据是否小于0.4 分别在底部加强部位及相邻的上一层设约束边缘构件，其纵向筋的配筋率不小于1%且大于6 根d16 筋，箍筋全高加密，在以上其他部位设构造边缘构件。墙平面内纵向、水平向分布配筋面积占全截面面积比例大于0.002。重力荷载代表值作用下，多层三级抗震的短肢墙轴压比小于0.5，其纵向筋按全截面考虑配筋，配筋面积占墙体全截面面积比例，在底部加强区大于0.01 且加密箍筋，在其他部位大于0.008。梁配筋分别按连梁及框架梁的计算结果及构造要求配置。叠合板配筋时除满足受弯承载力外，与60 厚的现浇层连接为整体，且梁两侧预留搁置长度，保证各预制板间连接整体性，端开间现浇板筋间距为100 且通长设置，防止端部温度影响而产生裂缝。

4 结束语

综上所述，剪力墙结构在当前的建筑物设计中应用越来越广泛，增加了结构的刚度、强度和抗倒塌能力，在某些部位可现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙，该种成型的剪力墙由于与周边的梁、柱同时完成浇筑，整体性能好，满足建筑物的刚度要求。剪力墙在实际施工中，墙体的浇筑效果比传统的支模工艺要好很多，完成浇筑后墙体表面光滑，柱体之间的接缝明显减小，不仅提高了施工速度，同时保证了施工质量。下一步，在设计多层剪力墙时，要根据建筑物要求的规模和抗震等级，对剪力墙的结构进行选型，制定相应的设计措施，确定合适的荷载值，对结构进行计算分析，从而更加合理的设计施工图纸。除了上述要求外，设计多层剪力墙时，经济允许的情况下，除结构方案比较外，还应根据结构特点，多方位复核包络设计，以确保结构安全，达到抗震性的要求。