高层剪力墙结构设计及施工涉及的几个问题

李桂茹 刘传银

本人在设计天津市津南区安置房项目金华园小区项目时，对混凝土剪力墙结构有了进一步的深刻认识，本人就此次实战，谈谈在设计钢筋混凝土剪力墙时涉及的几个应注意的方面，给设计同仁一些建议。

1 关于地下室顶板和设备机房活荷载取值的问题

金华园小区是天津市的住宅安置项目，全部采用了21层～27层钢筋混凝土结构，下部设置地下室。在施工时，高层主体地下室顶板必然作为施工的场地，肯定要堆放大批施工备料，比如:水泥，砂子。如果按一般住宅的活荷载2 kN/m2考虑，就会存在一定的安全隐患。文献[1]中建议高层地下室顶板活载取值为5 kN/m2。在文献[2]中也提到因荷载考虑的不够，而造成主体还未施工完，地下室的顶板裂的一塌糊涂。所以就地下室顶板这种特殊的情况，考虑一些安全储备是应当的。在文献[3]中，并未设计此处的荷载取值。所以，本人认为应该引起设计人员的重视。第二个须注意的荷载取值是屋顶的设备机房。通常设备师向结构提供的仅仅是设备的自重。可是设备是需要有设备基础的。考虑到设备工作时有很大的振动，设备基础要做 500 mm～600 mm的厚度，均到设备房间时，大概5 kN/m2，加上设备的自重，设备机房活荷载输入7 kN/m2是可以的。

2 墙体稳定的问题

在金华园设计时，主体结构嵌固在-1.800处的地下室顶板处。建筑层高为2.900 m，结构层高为4.700 m。在结构的计算中有的墙体稳定不满足要求。墙体稳定计算的公式如下:

其中，q为作用于墙顶组合的等效竖向均布荷载设计值;Ec为剪力墙混凝土弹性模量;t为剪力墙墙肢截面厚度;L0为剪力墙墙肢的计算长度，L0=bh。

由此可知 Ec，q，t都不可能有变化，只能通过调整剪力墙的计算长度来满足墙体的稳定。在-0.120标高处局部设置一层混凝土的楼板，增加了墙的侧向支撑，减小了墙的计算长度。通过实际的计算，这样是满足墙的稳定要求的。

3 带角窗房间的处理问题

剪力墙结构角窗转角处板块没有竖向构件的可靠约束，此处形成了一个薄弱点。通过下面的措施来加强此处的刚度，此处的楼板要加厚150 mm左右，双层双向配筋。在角窗的两个端点处加设暗梁，角窗的洞口旁暗柱设计从地下室1层到顶层全部按约束边缘构件处理。角窗处在软件输入时是按悬挑梁处理的。在实际的配筋时要按折线连梁考虑。

4 悬挑构件的处理

住宅项目一般都要设置阳台，阳台有时做挑梁条件满足不了，只能做成挑板的形式，而阳台的楼面做法降低30 mm，与之相连的楼板由于埋暖管而降低120 mm，这样钢筋就不能连贯了。有的工程师就设计成外挑板130 mm厚，内房间就设计成100 mm厚，挑梁的荷载全部都由与之相连的连梁承担了。这样剪力墙就会受到平面外弯矩，不太合理。当挑板跨度再大些时，这样就会有安全隐患。在工程中，即使高差存在，也应布置成阳台板与内房间一样的厚度。在金华园小区中住宅的顶层上设计了很高的女儿墙，大概有6 m高，根据相同的原理，把与之相连的房间楼板加厚，增大其配筋，用以平衡女儿墙外悬挑带来的弯矩。

5 在施工过程中应注意的一些问题

最近，我们到几个施工现场进行验收，均发现剪力墙钢筋配置达不到设计要求，甚至有些关键部位存在安全隐患，从几个项目出现的雷同问题可以看出，现场施工和监理技术人员在对图集和结构受力等技术问题理解上存在不同程度的理解偏差。

比较突出的一个问题是:将剪力墙结构中的边缘构件(暗柱、明柱、翼柱)误解为框架结构中的框架柱。

在框架结构中框架梁及与框架柱相连的其他结构构件的受力筋都要锚入框架柱内并满足锚固长度。受此种概念的影响，施工单位在剪力墙结构的施工中把边缘构件视同框架柱，将剪力墙的水平钢筋直接锚入边缘构件满足锚固长度，这样一来，剪力墙水平筋在各转角及交点处均集中断开，实际施工的几个节点示意图见图1。

由图1b)可以看出，因边缘构件的存在使得剪力墙一侧未配置水平分布筋，虽有边缘构件的水平箍筋，但水平箍筋直径应采用边缘构件箍筋与剪力墙水平分布筋之和，这样虽满足钢筋设计要求，但此处的箍筋与另一边的剪力墙水平筋是断开的，不满足国标图集03G101-1中“L形”转角处外侧水平筋连续通过转弯的要求。所以，此处剪力墙水平筋与边缘构件钢筋均需分别进行配置，不宜合并，更不应漏设钢筋。由图1可以看出，剪力墙水平钢筋在边缘构件处被全截面截断，虽有边缘构件的存在将各交点连为一个整体，可是此处边缘构件的作用与框架柱的作用是完全不同的两个受力构件。设置边缘构件的目的是增加结构的延性和耗能能力以提高结构的抗震性能。通俗一点，就是相当于砖混结构中的构造柱。《建筑抗震设计规范》中曾讲到“当截面相对受压区高度或轴压比较小时，即使不设置约束边缘构件，抗震墙也具有较好的延性和耗能能力”。也就是说在一定条件下抗震墙本身可以具有较好的延性和耗能能力，但是这种延性和耗能能力需要靠剪力墙自身分布钢筋的合理配置才能实现。假设在没有边缘构件的情况下，剪力墙钢筋按照前面所述示意图进行配置，则在各交点处成为剪力墙结构的薄弱部位;我们应该认识到剪力墙结构中剪力墙自身是主要的受力构件，为了提高结构的延性而设置边缘构件，边缘构件起辅助加强的作用，这一点我们必须认清，不可将两者的作用颠倒。即使各交点有边缘构件的存在，但是因为剪力墙水平筋的截断而使得各交点处非但没有提高受力性能反而使其成了受力薄弱部位，这与我们的设计初衷是完全背道而驰的，也使得整个工程存在极大的安全隐患。

下面就前面所述剪力墙水平分布筋“实际施工的几个节点示意图”的正确配置绘制见图2(可参见国标图集03G101-1混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图)。

6 结语

1)剪力墙结构中注意地下室顶板与设备机房的荷载，加强角窗的结构设计。2)剪力墙结构中边缘构件的作用，是为了提高结构延性和耗能能力，不应将其与框架柱的作用混淆。3)严格执行图集中的各种构造做法，是确保结构安全的重要保证。

[1] DB 29-22-2007，天津市住宅设计标准[S].

[2] 李勇军，王 燕.带缝剪力墙的非线性分析[J].山西建筑，2008，34(35):86-87.