浅谈9度区剪力墙结构设计杨鹏

杨鹏

四川新地平建筑设计咨询有限公司四川乐山614000

摘要：抗震设防9度区结构设计难度本身一般较大，现阶段甲方对建筑成本控制的要求很高，更加大设计工作难度和工作量。本文从结构布置、材料使用、上部计算与处理、基础设计、施工图绘制，分别对9度区结构设计的一些要点、规范运用、心得、经验等进行分享。

关键词：9度设防；结构概念；结构计算；剪力墙

0引言

9度区建筑结构设计一直被各从业人员作为设计的一大难题，且国内仅有几个9度设防区，导致很多从业人员接触到9度区建筑结构设计机会也少，但是一旦接触后，往往设计出的图纸很难满足甲方对经济性和建筑功能的要求。本文针对一些难题，从结构设计的流程来梳理9度区的一些设计要点和技巧，希望这些能帮助各位熟悉9度区结构设计。

1结构布置

以A、B项目为实例进行说明，A项目平面布置见图一，B项目A项目平面布置见图二。

图一图二

A项目为剪力墙墙结构的7+1层洋房，由于甲方对户型品质要求高，同时户型上下不对齐，从而导致结构存在主要两点问题：1、采用了9度区不宜采用的转角窗；2、X向外围基本无法布置墙。因第1点原因，导致后期结构设计过程中发现因为转角窗（特别是阳角转角窗）导致结构刚度损失严重，需要在其它地方增加大量墙肢，结构经济性受到一定影响；因第2点原因，导致X向墙肢过于集中，从而导致这些X向剪力墙抗剪计算存在较大问题，最终不得已提高剪力墙混凝土强度等级、增加这些墙的厚度（套内空间受一定影响）。虽然本项目最后通过无数次计算，满足了规范和审图的要求，但因建筑方案阶段按6、7度经验满足甲方需求，造成后期结构设计的不利和被动。在低烈度区设计时，均已建筑为主，但在高烈度区设计时，需要结构设计前置，在方案阶段就应该向建筑提出合理要求，考虑整个结构的概念设计问题，最好应该进行结构方案阶段的模型试算工作。

B项目为18层剪力墙结构，结构规整，X、Y向均能形成良好的抗侧力体系。但对比其他一些项目，笔者发现部分结构布置缺乏从宏观到细部的思维，从而导致结构经济性和建筑使用功能均不佳。9度区剪力墙的抗剪计算是一大问题，往往导致部分人在墙肢布置时做到墙肢长短做到基本一致，所受地震力均匀，这样虽然抗剪计算过了，但后果就是概念上没有主次之分，不能有效形成连肢墙、筒体，但为满足结构刚度，就只有不停增设、增长一些剪力墙。大家都知道筒体刚度都比较大，所以本项目在建筑的角部、中心均布置筒体，特别是角筒做的都比较强，提高整栋建筑刚度同时也有利于建筑抗扭。通过计算发现筒体承受大量地震力，虽然试算之初抗剪不足，但只需针对性的调整筒体剪力墙厚度等就能满足计算，同时一般只调整角筒外侧墙，对建筑功能使用影响也较小。所以结构布置时应注意主次之分，特别是9度区结构设计应设置一些“挑大梁”的结构布置，而不能只是为了一些计算而违背结构概念设计。

2材料使用

由于9度区地震力大，剪力墙、梁等剪压比计算困难，建议使用的混凝土强度不宜低于C30。《抗规》3.9.3-2规定9度区混凝土强度不宜超过C60，但个人认为最好不要超过C55，因为实际工程中混凝土检测强度高于设计强度一个级别的情况比较普遍，最后造成检测混凝土强度高于C60，质监站可能会要求设计单位出具说明报告。所以建议在一般情况下混凝土使用C30~C55。

9度区剪力墙偏心受拉情况普遍，往往造成剪力墙暗柱超筋，提高暗柱钢筋强度是解决超筋的一种方式，根据笔者经验，暗柱采用HRB500能有效缓解超筋情况。其余剪力墙分布筋、剪力墙暗柱箍筋、梁柱纵筋、梁柱箍筋等均采用HRB400较宜。

3、结构上部计算问题及处理

1）连梁作为剪力墙结构中的重要构件，建议连梁进行位移计算时刚度采取不折减，同时连梁采用壳元分析法，充分发挥连梁作用，增大结构刚度。但在计算配筋时刚度折减系数取0.5为宜，缓解连梁剪压比计算不足、连梁超筋等问题。

2）连梁截面抗剪限制要求，跨高比大于2.5及剪跨比大于2时，剪力设计值V≦1/γRE（0.2fc*b*h0），连梁一旦增设交叉斜筋，受剪截面限制的公式变为V≦1/γRE（0.25fc*b*h0）。由公式变化可以看出，增设交叉斜筋后抗剪承载力提高25%，可以有效解决剪压比计算不足问题。但是规范规定宽度不小于250mm的连梁才采用交叉斜筋，但根据工程经验，笔者建议200mm宽以上的连梁均可设置交叉斜筋。

3）连梁超筋通过连梁刚度折减也不能解决时，可以尝试将连梁点铰（如图三所示）。也就是说允许部分连梁在地震作用下先行破坏，为保证梁端塑性铰出现，铰接连梁按最小配筋率配置，但与连梁相连的剪力墙按独立墙进行补充计算，墙体的实际配筋按照两次计算包络配置。没有了连梁的约束，位移会增大，但是能让连梁产生破坏的大震作用下的位移就不必要按小震作用来限制其位移。

图三

4）剪力墙暗柱超筋处理，除前面所讲采用高强度钢筋外，适当加大边缘构件截面（不仅仅按规范推荐的暗柱区域）方式处理。暗柱的超筋主要由于剪力墙偏拉造成，由剪力墙偏心受拉的公式Mwu=As*fy*（hwo-a`s）+Asw*fyw（hwo-a`s）/2可以看出，增加剪力墙分布钢筋（Asw）可以减少暗柱纵筋As，所以提高剪力墙竖向分布筋也是解决暗柱超筋的一种方式，但要注意不能过大提高配筋率，不然剪力墙可能会出现小偏心受压的不利情况。

5）如果剪力墙破坏方式从好到坏排个顺序那应该是弯曲破坏、剪弯破坏、剪切破坏、滑移破坏。抗震设计时的双肢墙，当任一墙肢为偏心受拉时，单从规范解释也可以看出大偏心受拉时，墙肢极易出现裂缝，刚度退化，内力将重分布，小偏心受拉则墙肢容易产生水平通缝，所以可以看出偏心受拉更容易导致墙肢产生剪切破坏，甚至是滑移破坏。为安全起见，规范规定双肢墙出现偏心受拉时，弯矩及剪力设计值均应乘以增大系数1.25。对于9度区双肢墙的补充计算是一件极其耗时、耗工的事情，因为乘以增大系数后，剪力墙抗剪及配筋等计算不通过可能性很大，直接增加墙厚往往适得其反，因为墙厚增加，该双肢墙地震力加大，形成叠加效果，所以笔者建议一旦增加墙厚也不能解决此问题，可考虑增强相邻墙肢刚度或调整结构局部布置，减小该墙所分担地震力。

6）剪力墙的施工缝验算较为简单，根据现有机算结果，只需增设附加的竖向插筋即可，切记不要整体提高墙身竖向筋。同时对于机算只需少许附加的，可通过手算复核是否需要增设，有时候是并不需要的。

4、基础设计

无论什么烈度，基础选型直接关系到基础造价最关键性的因素，9度区也不例外。基础选型时，应熟读地勘、多与地勘人员沟通、多与院内老工程师交流，甚至可与当地设计公司人员学习交流，因为一些地质情况有区域性特点，比如凉山州西昌市的昔格达粉砂岩，具有强度低、易风化、遇水极易崩解等特点，完全不同于我们平常所定义的岩石。只有做好这些工作才能将基础选型工作做好。

9度区的地基基础计算需要考虑地震作用组合时，除了按规范做好各种地基调整外，有一点必须弄清，那就是地震作用组合荷载的选取。比如一个L型墙肢，现很多机算结果会给出一个Nmax，9度区地震力较大，如果直接用Nmax会导致基础放大较多，特别是建筑外围、四角的基础，因为Nmax同时用了EXmax和EYmax，这是没有必要的。正确做法是分别选择出正负地震作用组合下X、Y方向的大值（简写为Xmax、Ymax），然后用Xmax和Ymax中的大者计算出基础1（经地基抗震承载力调整的）。然后用不考虑地震作用组合下的竖向力（D+L）计算出基础2（不能进行地基抗震承载力调整），最后将基础1与基础2进行对比，选出较大的基础。

5施工图绘制

9度区结构除了模型计算工作量大外，如果要做到经济合理施工图绘制必定繁琐。因为地震力大，墙柱、梁配筋不同于低烈度区，每层配筋文件差值较大，所以归并层数时尽量要少，一般不会多于两层，尽量做到精细化，避免“大手大脚”的做法，只有这样才能赢得甲方的青睐和未来。

6结语

1）结构概念设计大于计算，9度区结构布置应有主次，用好提高结构刚度的一些方法，也可采用一些设置阻尼器的新技术，只有大方向把控好了，结构才会合理、经济。

2）计算机计算中遇到问题应分析原因，基本的力学概念是一个结构设计师不可少的基本功，同时应熟读规范，用好规范，化解一些难题，不能盲目跟着计算机走。

3）9度区结构设计，除了技术还有就是精益求精的精神，只有这样才能控制好成本、设计出舒适的建筑。

参考文献：

[1]GB50011-2010，建筑抗震设计规范.

[2]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程.

[3]李国胜.混凝土结构设计禁忌及实例（第二版）

[4]徐佶霆.浅谈9度区高层混凝土结构设计【J】.建筑结构，2009（S2）