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摘 要：城市发展迅速，土地稀缺;30层左右、高度接近百米的剪力墙结构住宅是普遍采用的一种型式。该文的目的在于通过实际的结构模型计算及理论分析，总结高层剪力墙结构在设防烈度及地震分组调整后的设计及优化的控制要点与方法，提高高层剪力墙结构的设计水平及成本控制能力。该文主要研究80～100m剪力墙结构住宅的控制要点及注意问题。
关键词：建筑结构 剪力墙结构 经济性 结构设计 钢筋混凝土
中图分类号：TU973.16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（c）-0040-03
1 研究背景及目的
国家标准《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015）于2016年6月1日开始执行，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）局部修订版也于2016年8月1日开始实施。天津市的抗震设防烈度根据以上规范有很大调整，调整前分别见表1、表2。
该文的目的在于通过实际的结构模型计算及理论分析，总结高层剪力墙结构在设防烈度及地震分组调整后的设计与优化的控制要点和方法，提高高层剪力墙结构的设计水平及成本控制能力。
2 研究内容
该文主要研究80～100m剪力墙结构住宅的控制要点及注意问题。
3 设防烈度调整的影响
该次选取3个公司实际的典型户型进行设防烈度调整前后的模型计算，模型依次为M11（7度0.15g，特征周期0.55）、M12（7度0.15g，特征周期0.65）、M13（8度0.20g，特征周期0.55）、M14（8度0.20g，特征周期0.65）、M21（8度0.20g，特征周期0.55）、M22（8度0.20g，特征周期0.65）共计18个模型，其中M1x为相同模型，M2x为调整结构布置后，满足规范要求的结构模型。现以其中一个户型（共计6个结构模型）为例，分析调整前后的地震作用、含钢量的变化及规律。此户型地下2层，地上32层，建筑、结构典型平面布置详见图1、图2。
3.1 设防烈度调整前后地震作用的变化
设防烈度调整前后模型主要参数的变化具体见表3。表3中特征周期0.65是根据天津地区四类场地土插值所得，场地不同会有一定调整如滨海新区一般为0.66。
分析如下。
（1）当模型相同，特征周期由0.55变为0.65后，X向地震作用增加12%，Y向增加8%;由于X方向刚度较Y向大，故X向地震作用增加幅度大。
（2）当模型相同：抗晨设防烈度由7.5度变为8.0度后，X、Y向地震作用增加33%。
（3）由于模型相同，上述a、b条结论显然由抗震规范规定的地震影响系数曲线决定，即抗震规范第5.1.5条。
（4）为了满足规范要求的位移角限值，调整模型后，M21、M22均满足规范刚度限值要求。M21地震作用较M11地震作用X方向增加58%、Y方向增加45%，质量增加3.5%;M22地震作用较M12地震作用X方向增加75%、Y方向增加66%，质量增加10%。
由上述可见，当模型调整后增加剪力墙的数量或厚度会导致质量增加、刚度增加，地震作用的增幅在33%以上，尤其特征周期为0.65时。
（5）当特征周期为0.65或大于0.65时，采用消能减震也是一种思路，需具体结合户型及采用的消能器具体分析，减震方案暂不赘述。
3.2 设防烈度调整前后结构材料用量的变化分析
由第1节所述，天津地区规范调整前设防烈度主要为7度0.15g调整后为8度0.20g，地震设计分组为第二组，场地土类别为三、四类。30层左右（大于80m，小于100m）剪力墙结构的钢筋、混凝土含量主要取决于剪力墙的数量、边缘构件配筋、框架梁、连梁、楼板。现分别分析如下。
（1）楼板厚度及配筋由跨度、荷载及边界条件决定，模型调整基本上不影响楼板的厚度及配筋，故楼板混凝土、配筋量基本不變。
（2）剪力墙及边缘构件的配筋主要由计算配筋及构造配筋控制，而剪力墙及边缘构件构造配筋主要由抗震等级确定。
30层左右剪力墙结构调整前的抗震等级为二级，由于设防烈度为7.5度，直为三、四类场地土，故抗震构造措施的抗震等级按一级;设防烈度调整后抗震等级为一级，构造措施的抗震等级为一级;通过以上分析可知，设防烈度调整为8度后，结构构件的构造配筋率不变。剪力墙墙身的分布筋一般均为构造，通过3.1节结构模型计算结果，设防烈度调整后，剪力墙墙身的配筋大部分仍为构造，局部剪力墙的水平分布筋为计算控制，但数量不多。剪力墙边缘构件的配筋一般也由构造配筋率控制，调整为8度后发现底层的约束边缘构件变化不大，局部略有增加。
综上，对于剪力墙及边缘构件的材料增量主要由增加的剪力墙厚度、数量决定;控制材料用量也就是控制剪力墙的厚度及数量，尤其是应控制边缘构件的数量及配筋量。
（3）结合3.1节计算模型的配筋量对比及本节上述分析可得出以下结论：当7.5度、三类场地土调整为8度、三类场地土时钢筋含量增加约10%～15%，大约为5～8kg/m2，即大约50～55kg左右;当7.5度、四类场地土调整为8度、四类场地土时钢筋含量增加约15%～20%，大约8～15kg/m2，即55～65kg左右。当户型差别较大时，上述结论需由实际情况确定。
4 设防烈度调整后高层剪力墙结构控制要点
通过第3节的分析发现，对于高层剪力墙结构除连梁外剪力墙墙身及暗柱的配筋基本上为规范要求的构造配筋或较构造配筋稍微增加，说明承载力不是控制因素，而为了满足规范规定的位移角限值即结构的刚度是决定剪力墙数量的控制因素。
层间位移角限值为高层剪力墙结构的关键指标;将层间位移角作为优化的目标函数，控制因素为高宽比、剪力墙厚度数量、连梁高度等，设计优化的目标是以最少的混凝土及钢筋含量满足规范要求的位移角限值要求。高宽比如前所述是衡量结构经济性的关键因素，有文章指出8度区高层剪力墙结构高宽比控制在7度以内可实现较好的经济性，但需要在实际工程中积累经济性指标与高宽比的关系的数据加以验证。能有效提高刚度对于住宅还有外纵墙的窗间墙的面积。实际工程中，外纵墙的连梁可以上返，截面增加使得刚度提高，从而使窗间墙充于发挥作用，间接增加了横向（短向）的刚度，即所谓的筒体效应，截面大的连梁减小了剪切滞后的效应。此点在设计实践中也得到了充分的验证，不足之处在于长向、短向的刚度或周期相差较大，是否真的对抗震不利，还需充分研究。
参考文献
[1] 冯灵.高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].科技创新与应用，2016（36）：278.
[2] 边志敏.基于建筑结构设计分析混凝土结构的裂缝问题[J].绿色环保建材，2017（7）：47.
[3] 令狐艳丽.某疾病预防控制中心结构设计分析[J].山西建筑，2017（18）：40-41.
关键词：建筑结构 剪力墙结构 经济性 结构设计 钢筋混凝土
中图分类号：TU973.16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（c）-0040-03
1 研究背景及目的
国家标准《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015）于2016年6月1日开始执行，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）局部修订版也于2016年8月1日开始实施。天津市的抗震设防烈度根据以上规范有很大调整，调整前分别见表1、表2。
该文的目的在于通过实际的结构模型计算及理论分析，总结高层剪力墙结构在设防烈度及地震分组调整后的设计与优化的控制要点和方法，提高高层剪力墙结构的设计水平及成本控制能力。
2 研究内容
该文主要研究80～100m剪力墙结构住宅的控制要点及注意问题。
3 设防烈度调整的影响
该次选取3个公司实际的典型户型进行设防烈度调整前后的模型计算，模型依次为M11（7度0.15g，特征周期0.55）、M12（7度0.15g，特征周期0.65）、M13（8度0.20g，特征周期0.55）、M14（8度0.20g，特征周期0.65）、M21（8度0.20g，特征周期0.55）、M22（8度0.20g，特征周期0.65）共计18个模型，其中M1x为相同模型，M2x为调整结构布置后，满足规范要求的结构模型。现以其中一个户型（共计6个结构模型）为例，分析调整前后的地震作用、含钢量的变化及规律。此户型地下2层，地上32层，建筑、结构典型平面布置详见图1、图2。
3.1 设防烈度调整前后地震作用的变化
设防烈度调整前后模型主要参数的变化具体见表3。表3中特征周期0.65是根据天津地区四类场地土插值所得，场地不同会有一定调整如滨海新区一般为0.66。
分析如下。
（1）当模型相同，特征周期由0.55变为0.65后，X向地震作用增加12%，Y向增加8%;由于X方向刚度较Y向大，故X向地震作用增加幅度大。
（2）当模型相同：抗晨设防烈度由7.5度变为8.0度后，X、Y向地震作用增加33%。
（3）由于模型相同，上述a、b条结论显然由抗震规范规定的地震影响系数曲线决定，即抗震规范第5.1.5条。
（4）为了满足规范要求的位移角限值，调整模型后，M21、M22均满足规范刚度限值要求。M21地震作用较M11地震作用X方向增加58%、Y方向增加45%，质量增加3.5%;M22地震作用较M12地震作用X方向增加75%、Y方向增加66%，质量增加10%。
由上述可见，当模型调整后增加剪力墙的数量或厚度会导致质量增加、刚度增加，地震作用的增幅在33%以上，尤其特征周期为0.65时。
（5）当特征周期为0.65或大于0.65时，采用消能减震也是一种思路，需具体结合户型及采用的消能器具体分析，减震方案暂不赘述。
3.2 设防烈度调整前后结构材料用量的变化分析
由第1节所述，天津地区规范调整前设防烈度主要为7度0.15g调整后为8度0.20g，地震设计分组为第二组，场地土类别为三、四类。30层左右（大于80m，小于100m）剪力墙结构的钢筋、混凝土含量主要取决于剪力墙的数量、边缘构件配筋、框架梁、连梁、楼板。现分别分析如下。
（1）楼板厚度及配筋由跨度、荷载及边界条件决定，模型调整基本上不影响楼板的厚度及配筋，故楼板混凝土、配筋量基本不變。
（2）剪力墙及边缘构件的配筋主要由计算配筋及构造配筋控制，而剪力墙及边缘构件构造配筋主要由抗震等级确定。
30层左右剪力墙结构调整前的抗震等级为二级，由于设防烈度为7.5度，直为三、四类场地土，故抗震构造措施的抗震等级按一级;设防烈度调整后抗震等级为一级，构造措施的抗震等级为一级;通过以上分析可知，设防烈度调整为8度后，结构构件的构造配筋率不变。剪力墙墙身的分布筋一般均为构造，通过3.1节结构模型计算结果，设防烈度调整后，剪力墙墙身的配筋大部分仍为构造，局部剪力墙的水平分布筋为计算控制，但数量不多。剪力墙边缘构件的配筋一般也由构造配筋率控制，调整为8度后发现底层的约束边缘构件变化不大，局部略有增加。
综上，对于剪力墙及边缘构件的材料增量主要由增加的剪力墙厚度、数量决定;控制材料用量也就是控制剪力墙的厚度及数量，尤其是应控制边缘构件的数量及配筋量。
（3）结合3.1节计算模型的配筋量对比及本节上述分析可得出以下结论：当7.5度、三类场地土调整为8度、三类场地土时钢筋含量增加约10%～15%，大约为5～8kg/m2，即大约50～55kg左右;当7.5度、四类场地土调整为8度、四类场地土时钢筋含量增加约15%～20%，大约8～15kg/m2，即55～65kg左右。当户型差别较大时，上述结论需由实际情况确定。
4 设防烈度调整后高层剪力墙结构控制要点
通过第3节的分析发现，对于高层剪力墙结构除连梁外剪力墙墙身及暗柱的配筋基本上为规范要求的构造配筋或较构造配筋稍微增加，说明承载力不是控制因素，而为了满足规范规定的位移角限值即结构的刚度是决定剪力墙数量的控制因素。
层间位移角限值为高层剪力墙结构的关键指标;将层间位移角作为优化的目标函数，控制因素为高宽比、剪力墙厚度数量、连梁高度等，设计优化的目标是以最少的混凝土及钢筋含量满足规范要求的位移角限值要求。高宽比如前所述是衡量结构经济性的关键因素，有文章指出8度区高层剪力墙结构高宽比控制在7度以内可实现较好的经济性，但需要在实际工程中积累经济性指标与高宽比的关系的数据加以验证。能有效提高刚度对于住宅还有外纵墙的窗间墙的面积。实际工程中，外纵墙的连梁可以上返，截面增加使得刚度提高，从而使窗间墙充于发挥作用，间接增加了横向（短向）的刚度，即所谓的筒体效应，截面大的连梁减小了剪切滞后的效应。此点在设计实践中也得到了充分的验证，不足之处在于长向、短向的刚度或周期相差较大，是否真的对抗震不利，还需充分研究。
参考文献
[1] 冯灵.高层建筑梁式转换层结构设计分析[J].科技创新与应用，2016（36）：278.
[2] 边志敏.基于建筑结构设计分析混凝土结构的裂缝问题[J].绿色环保建材，2017（7）：47.
[3] 令狐艳丽.某疾病预防控制中心结构设计分析[J].山西建筑，2017（18）：40-41.