高层住宅中错层剪力墙结构的设计

高层住宅中错层剪力墙结构的设计
摘要：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?兰的影响。

结合桌高，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
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，目．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Ⅲ，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。

图1错层结构及错层相对变形
3．工程实例
3．1工程概况
长安相府高层住宅小区位于西安市长安区，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0．15g，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。

计算时基本风压按50年重现期取0．40KN／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。

本工程采用全浇剪力结构体系，计算软件以STAWE为主进行结构计算，以PMSAP进行校对。

建模时图3所示各标高处均按独特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250ram。

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PMSAP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。

表1 A单元模型的计算结果
表2 B单元模型的计算结果
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 [J]》．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[J]》．建筑科学，1999．
[3]吴景松．《错层结构的抗震分析[J]》．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[A]》．首届全国建筑结构技术交流会论文集[C]，2006．
[5]魏雅丽．《某高层建筑错层剪力墙结构设计[J]》．国外建材科技，2006．
[6]行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程[S]》，JGJ3—2002．
[7]国家标准《建筑结构抗震设计规范[S]》，C．RS0011—2001．。