某不规则实验楼剪力墙布置方案选型

梁志豪

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510180）

1 项目概况

梅州某大学实验楼北塔建筑平面形似字母F型，建筑面积32 221.1 m2。本工程为大学教学楼建筑，主要建筑功能包括学校理工科专业的实验室、教室等教学用房及其配套用房等。

北塔主楼地面以上14层，建筑高度为64.5 m。实验楼北塔采用RC框架-剪力墙（简称框剪）结构，嵌固部位在基础面。所在场地抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g，场地特征周期0.35 s。抗震设防类别为丙类，性能目标为C级。

实验楼北塔建筑效果如图1所示。

为了得到更合理的结构剪力墙布置，选取4个剪力墙平面布置方案。

方案1塔楼电梯井设置T形墙，方案2塔楼电梯井设置剪力墙筒，方案3以及方案4则分别在方案1和方案2的基础上在裙楼增设剪力墙。

剪力墙布置方案如图2所示。

2 结构超限情况

框架剪力墙结构最大适用高度如表1所示。

方案1和方案2底层框架倾覆弯矩比例大于50%，方案3和方案4底层框架倾覆弯矩比例小于50%。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）[1]对框架剪力墙结构最大适用高度的规定，方案3和方案4满足框架剪力墙结构A级最大适用高度要求，方案1和方案2最大适用高度可在框架结构基础上适当增加。

框剪结构A级的最大适用高度为96.8 m，大于建筑房屋高度64.5 m。4个方案均满足框剪结构A级最大适用高度的要求，不属于高度超限高层建筑。

本项目X向扭转位移比为1.16（4层），对应位移角1/1 474；Y向扭转位移比为1.38（6层）对应位移角1/1 310，属于扭转不规则。1～6层裙楼凸出长度55 m，平面凸出大于相应边长100 m的30%，属于凹凸不规则。

建筑2层连廊楼板有效宽度小于50%，属于楼板不连续。

6层位于结构高度的36%，收进大于25%，属于尺寸突变。综上所述，该实验楼北塔为存在4项不规则项的特别不规则建筑。

3 小震弹性分析

为了探讨剪力墙布置对结构周期、地震基底剪力、最大层间位移角和扭转效应的影响，进行小震弹性分析。

小震弹性分析计算结果如表2所示。

地震基底剪力随着剪力墙刚度的增加而逐渐增加。方案3、4的Y向地震基底剪力比X向大，方案1、2的X向地震基底剪力比Y向大。由于剪力墙筒引起Y向层剪力增大幅度比X向层剪力增大幅度更大。

小震作用下各方案最大弹性层间位移角均满足规范[2]位移角限值为1/800的要求。由于小震弹性阶段的最大层间位移角楼层在体型收进部位以上，裙楼的剪力墙并没有对减小最大弹性层间位移角起到明显作用。

Y向位移角随着剪力墙刚度的增加而逐渐增加，而X向位移角随着剪力墙刚度的增加而逐渐减小，这是由于电梯井剪力墙筒引起Y向层剪力增大幅度大于抗侧刚度增大幅度，而X向层剪力增大幅度小于抗侧刚度增大幅度。

结构最大扭转位移比均出现在裙楼顶层，裙楼布置的剪力墙并没有起到减小扭转位移比的作用，反而引起了扭转位移比的增大。这是由于裙楼凹凸不规则，受限制的剪力墙布置使结构扭转效应增大。

上述分析表明，方案1电梯井T形墙方案刚度最小且满足规范要求，地震作用下基底剪力与扭转位移比均最小。

4 弹性时程分析

采用YJK软件进行小震弹性时程分析。选取特征周期为0.35 s、有效持续时长满足5～10T1、基底剪力满足要求的60条实际地震记录和4条人工模拟加速时程曲线进行弹性时程分析。64条地震时程的平均谱与规范谱在各方案结构主要周期点上相差小于20%。弹性时程分析结果表明，建筑10层以上反应谱法层剪力小于64条地震时程平均层剪力，因此需要对建筑顶部地震力进行放大。

各方案顶部地震力放大系数对比如图3所示。

由图3可知，方案2的地震放大系数比方案1、方案4和方案3的地震放大系数均大。体型收进部位以下裙楼布置剪力墙导致塔楼顶部动力时程响应增大。塔楼刚度越小，裙楼剪力墙布置引起的塔楼顶部动力时程响应越大。

方案3比方案1的地震力放大系数大，表明塔楼剪力墙刚度越大顶部动力时程响应越大。因此，方案1电梯井T形墙方案的塔楼顶部地震力放大系数最小，顶部动力时程响应最小。

5 中震等效弹性分析

中震性能水准为3，中震等效弹性分析结果如表3所示。

方案1电梯井T形墙方案结构刚度最小，中震基底剪力最小。在中震作用下，塔楼电梯井剪力墙存在拉力，其余剪力墙无拉力。

电梯井剪力墙中震拉力分析如图4所示。

由图4可知，方案1、2墙肢中震拉力不大于墙肢抗拉强度值；方案3、4电梯井门两侧小墙肢中震拉力均大于2倍墙肢抗拉强度值。

6 大震弹塑性分析

大震性能水准为4，采用YJK进行静力推覆[3]分析。

大震弹塑性分析结果如表4所示。

方案1电梯井T形墙方案大震基底剪力最小，大震弹塑性层间位移角最大，且满足规范要求。

电梯井剪力墙大震抗剪截面分析如图5所示。

由图5可知，方案1、2墙肢大震剪压比不大于0.15；方案3、4墙肢大震剪力较大，墙肢大震剪压大于0.15。

7 结语

最大弹性层间位移角楼层在体型收进部位以上，裙楼的剪力墙并没有对减小最大弹性层间位移角起到明显作用。裙楼凹凸不规则，受限制的剪力墙布置使结构扭转效应增大。

体型收进部位以下裙楼布置剪力墙导致塔楼鞭梢效应增大，且塔楼剪力墙刚度越小，裙楼剪力墙引起的鞭梢效应越显著。塔楼的剪力墙刚度也会对鞭梢效应造成影响，塔楼剪力墙刚度越大鞭梢效应越显著。

中震作用下塔楼电梯井设置剪力墙筒比设置T形墙产生更大墙肢拉力，裙楼设置剪力墙则起到减小墙肢拉力的作用。大震作用下塔楼电梯井设置剪力墙筒比设置T形墙产生更大墙肢剪力，裙楼设置剪力墙则起到减小墙肢剪力的作用。

因此，方案1裙楼不设置剪力墙，且电梯井采用T形墙方案为更合理的结构剪力墙布置方案。