张 强（中铁十七局集团有限公司勘察设计院，山西，太原，030032）
【摘 要】本文根据实际工程实例，进行高烈度区超高层剪力墙结构的抗震性能分析，提出如何对关键构件采取有效的加强措施，提高结构安全标准及耗能水平，确保整体延性的发挥，实现预定的抗震性能目标。
【关键词】超高层；剪力墙结构；抗震性能；抗震设计
一、引言随着设计市场的扩大，高烈度区超百米住宅的设计正逐步出现。与中低烈度区相比，高烈度区住宅为地震控制，对结构高度更为敏感，对结构的规则性、高宽比、抗震性能要求更高。本文通过太原某项目的结构试算，对高烈度区超高剪力墙结构的特点、设计思路和设计措施进行了初步探索，并对此种结构中剪力墙及框剪-剪力墙两种结构进行的分析比较。
二、工程概况1、该项目位于太原市；为高层住宅带商业裙楼，地下与两层地下车库连为一体。
2、场区抗震设防烈度8 度(0.20g)，地震分组为第一组。场地类别为Ⅲ类，液化等级中等，地下水位较高，为抗震不利地段。基本风压为0.4kN/m2，并适当考虑裙楼相互影响效应。
3、户型条件该 高层为板式住宅单元， 建筑高度126.3m，等效宽度18.17，等效高宽比6.95。
4、拟采的用结构形式根据建筑条件，可采用的结构形式有剪力墙结构和框架-剪力墙结构。框架-剪力墙结构具有刚度小、地震力小的优点，层间位移满足1/800 即可，内部可实现灵活分隔。
但由于本工程层数较高，梁、柱、墙尺寸均会较大，会对建筑布置带来影响，且其B 级高度限值仅为120m，130m 的楼座成为超B级高层，需要更高的抗震性能，剪力墙需提高为特一级。
剪力墙结构虽墙体布置较多，但可结合建筑分隔布墙，对建筑品质影响小，结构刚度大，更易满足本工程高宽比大的要求，B级高度限值可至130m，普通部位剪力墙等级一级即可。
结合户型特点和建筑要求，本工程主要采用了剪力墙结构进行试算，并进行了剪力墙结构和框架-剪力墙结构的比较分析。
三、本工程结构特点及超限情况1、结构特点：经对建筑条件进行初步判断，本工程主要存在地震烈度大、结构高度高、结构高宽比大三大特点另外，本场区为Ⅲ类，中等液化，也会对结构设计带来较大难度。
2、结构超限判断：经过与规范要求对比，主要在以下方面出现超过规范限值的情况：（1）建筑物高度超限：现行《高层规范》中，8 度区剪力墙结构的A 级高度建筑限值为100m，B 级高度建筑限值为130m; 框架-剪力墙结构的A 级高度建筑限值为100m，B 级高度建筑限值为120m。本工程属B 级高度高层建筑。需进行中、大震的抗震性能设计和超限审查。
（2）超限情况总结属于B 级高度的超限高层建筑；考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2；底部商业错层。
高宽比超过《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）3.3.2 条中8 度不宜超过5 的规定；底部商业错层。
3、结构高宽比超限的影响：8 度区剪力墙结构的高宽比限值为5.0。该楼高宽比为6.95。由于高宽比超出规范限值，结构刚度偏弱，必须通过增加墙体数量和厚度满足承载力、结构变形和舒适度的要求，会引起造价增加，并部分影响使用功能。
4、抗震超限及高宽比超限的影响：本项目为抗震超限建筑，需进行抗震超限专项审查。除框架-剪力墙结构外，130m高度以内的建筑物均属B 级高度高层，可按照《高规》的相关规定设计，并进行中、大震的抗震性能设计。剪力墙结构中剪力墙抗震等级一级，框架剪力墙、框架核心筒结构中框架抗震等级一级、剪力墙（筒体）抗震等级特一级。
四、结构设计控制目标及措施1、结构体系采用剪力墙结构。抗震设防分类：标准设防类。剪力墙抗震等级：一级，错层部位墙体及中震时出现小偏心受拉的构件采用特一级构造。
2、结构设计具体控制目标：（1）小震下：A．不计偶然偏心的结构位移角不小于1/1000，且计算位移时可不考虑连梁刚度折减；B．位移比尽量控制不大于1.2，不得大于1.4；周期比不应大于0.85；C．不得出现薄弱层；嵌固层尽量设于地下室顶板，嵌固刚度满足2 倍；D．振型质量参与系数不小于90%；F．剪重比和刚重比满足要求；G．基底不出现零应力区；（2）中震下：A．加强部位剪力墙不屈服；B．错层墙、连廊及其支撑构件弹性；C．普通竖向构件受剪承载力满足要求；D．尽量不出现小偏心受拉构件，否则采用提一级构造，并设置型钢。
（3）大震下：A．加强部位剪力墙、错层墙、连廊及其支撑构件不屈服；B．普通竖向构件受剪承载力满足要求；C．弹塑性层间位移角≤1/120；D．错层部位楼盖性能分析。
（4）舒适度：满足《高规》3.7.6 条要求。
3、结构设计措施：结构同时存在地震烈度高、结构高度超限、高宽比超限三大不利因素，结构布置及计算应以解决上述三大问题为主要目标，并注意错层和液化的处理。
（1）结构布置应以最少（薄）的墙体满足最大的抗侧刚度和倾覆力矩为原则，充分利用长墙和筒体的高效作用，减少，甚至不布低效墙体，以梁跨越，达到抗侧刚度和倾覆力矩最大、结构重量和地震反应最小的目的。
（2）采用高强混凝土，减薄墙体厚度；（3）结构布置应主次分明，设防地震和罕遇地震下出铰顺序明确；（4）外墙连梁对于结构刚度和扭转非常重要，外墙尽量设置连梁，并按开洞输入。
对于高效部位，可将连梁做满洞口；（5）外墙洞口必须留有窗垛，不允许垂直搭墙，外墙墙垛较小处，适当增加墙厚，满足配筋，并作为横墙的有效翼缘；（6）尽量设置不得出现一字墙和短肢墙；（7）减小荷载非常重要，尽可能地降低结构荷载，内外墙扣除洞口，除分户墙外，内隔墙尽量采用薄墙，做法精确统计，并尽量减小。
4、结构计算：小震两种软件复核，小震弹性时程分析，中震计算，大震弹塑性分析，楼板大震应力分析，结构舒适度计算。
五、剪力墙结构和框架-剪力墙结构的比较选用剪力墙与框架-核心筒两种结构形式，现对这两种结构形式进行比较分析，具体如下所示。
工程如若采用框架-核心筒结构，将有利于建筑平面功能灵活布置，增加室内的使用面积，结构材料用量有一定的节省但对结构抗侧构件布置存在一定的影响。
若采用框架剪力墙、框架核心筒结构，存在以下部分不利影响：1．框架核心筒结构中框架抗震等级一级、剪力墙（筒体）抗震等级特一级，且该户型中的结构布置不能有效形成框架-核心筒结构体系，实际应为框架-剪力墙结构；2．为满足规范对位移角、位移比、轴压比的要求，框架柱、剪力墙尺寸均较大，根据初步试算，框架柱最大尺寸为850x1600，剪力墙最大厚度为750mm，且框架柱、剪力墙要求的最大混凝土强度等级分别为C60、C50，此时仍无法满足规范要求：框架柱最大轴压比0.90，位移角最大值1/711；3．框架柱、框架梁尺寸较大，在房间内会出现露梁露柱的问题，对项目的整体品质要求有所影响；4．由于本工程层高为3.1m，框架梁高度相对剪力墙结构较大，框架梁最大高度为600 以上，且不能完全藏在填充墙内，对室内净高存在不利影响；5．由于南北方的人文环境差异，北方客户的要求不能与南方一致，对框架核心筒结构住宅的接受能力存在差异，采用框架核心筒不合适。
而采用剪力墙方案，通过优化墙体的布置，能较好的满足使用功能，且减少墙体数量。
六、高烈度区剪力墙住宅特点的初步总结通过对该八度区第一组、Ⅲ类场地的超高层住宅的前期工作，包括结构专业参与确定户型、参与调整建筑方案、结构方案的试计算与分析，可以得到如下初步总结：1、高烈度区超高层住宅结构体系采用剪力墙结构更为适合。
2、高宽比的影响比低烈度区更大，高宽比超规范时，不仅导致经济指标提高，而且往往视为一项结构不规则。
3、高烈度区超高层住宅一般为地震控制，应特别注意增加结构刚度和减小地震作用的平衡。应以最少（薄）的墙体满足最大的抗侧刚度和倾覆力矩为原则，达到抗侧刚度和倾覆力矩最大、结构重量和地震反应最小的目的。
4、宜采用高强混凝土，在满足轴压比的情况下尽量减薄墙厚。
5、墙体冲齐较多的户型往往会获得较好的经济性。由于其高效长墙多，可减少甚至不布更多的低效墙体。
6、外墙连梁对于结构刚度和扭转非常重要，外墙尽量设置连梁，并按开洞输入。对于高效部位，可采用高连梁。
7、外墙洞口必须留有窗垛，窗与内墙边平齐时非常不利。外墙连续开窗形成较小墙垛时，窗间墙垛较易超筋，会导致外墙厚度加厚，超出刚度需要。
8、减小荷载非常重要，尽可能地降低结构荷载。
9、基底一般要求控制不出现零应力区。
10、中震时出现小偏心受拉的混凝土构件应采用《高规》中的特一级构造，拉应力超过混凝土抗拉设计标准值时设置型钢。
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论文作者:张强
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/12
标签：结构论文; 剪力墙论文; 框架论文; 烈度论文; 刚度论文; 墙体论文; 高度论文; 《工程建设标准化》2016年5月总第210期论文;