高层剪力墙结构住宅含钢量控制措施

 一、结构体系与结构布置

1 .1结构体系

1.1.1高层住宅结构设计应优先选用钢筋混凝土剪力墙结构体系。

1.1.2短肢剪力墙受力性能不好，且内力调整、轴压比限值及构造要求均高于普通剪力墙，经济性较差，应尽量减少或避免使用。

1.1.3局部因建筑功能及结构受力需要时，可采用设少量框架柱的剪力墙结构，其受力性能和经济性能均优于短肢剪力墙。

1.1.4住宅组合平面长度超过50m时，应优先在中部设置变形缝，尽量形成长度较小、平面规则的结构单元，否则应采取有效措施加强薄弱部位及解决平面超长带来的不利影响，带来的造价增加往往大于设缝费用。

1.1.5当裙楼连接多个主楼时，宜在主楼之间裙楼部分设置抗震缝，避免形成超长大底盘多塔结构。

1.1.6高层住宅的结构体系及布置应使结构具有适宜的侧向刚度，宜使计算的最大楼层层间位移角接近国家规范的限值。

1.1.7地下面积较大时，应根据地下平面的形状、尺寸及工程所在地的经验确定是否需要设置伸缩缝。当地下室平面不存在特别不规则及狭长的薄弱部位时，地下室可不设缝，但应有可靠措施控制楼板及侧墙的裂缝，减小温度作用对混凝土构件的不利影响。

1.2结构布置

1.2.1建筑方案配合。建筑方案是所有设计工作的基础，此阶段的不合理需要在后期用大量的复杂处理来解决，对于结构经济性往往具有绝定性因素。在方案设计阶段，即应配合建筑师，尽量减少因建筑体形与功能对结构带来的不利影响。建筑方案中的以下几方面对经济性影响较大，应尽量避免，当不可避免时，应视其程度和数量适当调高经济指标：

（1）高宽比过大、无缝单元平面长度超45m。

（2）楼层平面凹凸过大、出现细腰型、开大洞口、出现大于梁高的错层。

（2）主楼在裙楼范围内严重偏置、部分楼层大尺度收进。

（4）跃层剪力墙、下层层高远大于上层层高、局部夹层、剪力墙不落地。

（5）转角窗等不利因素过多、外纵墙数量过少、内横墙不对齐。

1.2.2住宅建筑的结构布置应充分结合建筑平面布置，结构布置除满足结构承载力要求外，应尽量使建筑室内空间达到“无梁无柱”的效果，提高空间及平面的利用效率，降低使用及装修成本。

1.2.3剪力墙平面布置

（1）剪力墙布置应尽量使两个方向刚度接近，两个主轴方向第一平动周期差异不宜超过20%。当位移为风荷载控制时，应使受风面较大的方向刚度偏大，以降低结构造价，避免浪费。

（2）优先采用长墙，减少墙肢数量。尽量避免采用短肢剪力墙及“一字型”剪力墙。20层以下剪力墙可采用较短墙体分散布置，以减小结构刚度；20层及以上剪力墙尽量采用长墙大开间集中布置，避免分散布置，以提高剪力墙抗侧效率，增大结构刚度、减小墙体轴压比。

（3）墙地比和柱墙比是前期控制用钢量的重要的两个量化参数。建议常规户型18-22层住宅6、7度区墙地比控制在4.6%以下，柱墙比控制在55%以下；28-33层住宅6度区墙地比控制在6.0%以下，柱墙比控制在55%以下；28-33层住宅7度区墙地比控制在6.5%以下，柱墙比控制在50%以下。

（4）剪力墙布置在满足结构刚度的前提下，以尽量减少边缘构件数量为原则。

（5）纵横双向墙体布置均衡。不应采用无内纵墙的方案，外纵墙窗间可不全部做成剪力墙，但不应使外墙全部为框架梁。

（6）剪力墙的竖向受荷应以平面内为主，较大跨度的主梁（跨度超4m）不宜垂直搭在剪力墙平面外，不应垂直搭设于一字型剪力墙端头。

（7）尽量不要在墙端做较大的端柱。

（8）剪力墙上开大洞口或者不开洞，避免采用小洞口。根据测算，当洞口尺寸≤1.2m时，洞口附件钢筋用量要高于相同范围内剪力墙的配筋量，因此开洞尺寸不宜少于1.5m左右。

1.2.4剪力墙厚度取值

根据《高规》7.2.1在满足墙体稳定的前提下，一、二级剪力墙：底部加强部位不应小于200mm，其他部位不应小于160mm；一字形独立剪力墙底部加强部位不应小于220mm，其他部位不应小于180mm；三、四级剪力墙：不应小于160mm，一字形独立剪力墙的底部加强部位尚不应小于180mm。

建议做法：

A、20层以下住宅：

地上部分：

无特殊情况采用180厚，带转角窗住宅的转角窗处墙厚，采用200厚。

地下部分：

内墙，在满足轴压比及稳定的前提下，上部墙体直接落下来，延续上部墙厚，筏板或桩筏基础时，接基础那一层内墙改为200厚； 外墙，均采用250厚。外墙为挡土墙时根据计算确定，一般层高不超过3米时，采用250厚即可。

B、28-34层住宅：

地上部分：

无特殊情况采用200厚，带转角窗住宅的转角窗处墙厚，采用250厚， 6度区时上面约1/3楼层可以根据计算将墙厚减为180。

地下部分：

内墙，在满足轴压比及稳定的前提下，上部墙体直接落下来，延续上部墙厚； 外墙，均采用250厚。外墙为挡土墙时根据计算确定，一般层高不超过3米时，采用250厚即可。

1.2.5剪力墙配筋率。剪力墙、边缘构件配筋率应严格执行《高层建筑混凝土结构技术规程》中的规定，计算不需要时，不得随意放大配筋。

1.2.6梁板布置。合理控制梁截面高度，一般控制梁（框架梁）配筋率在1.0%左右为宜。一般住宅类剪力墙结构中，板跨的划分多由建筑房间布置决定，结构专业可调整的余地不大。但应尽量根据建筑房间布置合理控制板的跨度，减少次梁布置，充分发挥楼板钢筋强度作用，使板的配筋由内力控制而非按构造配筋，或使板计算配筋接近构造配筋。跨度较小的梁可取消，采用大板块方案。例如主卧室套间内的卫生间，卫生间小梁可取消，做折板。

二、材料与荷载统计

2.1材料

2.1.1钢筋。优先选用高强钢筋，剪力墙、梁、板等构件受力筋可采用HRB400钢筋，分布筋可采用HPB300钢筋。

2.1.2混凝土。由于计算软件中未扣除混凝土构件交叉重叠区域的混凝土体积，计算时混凝土容重可取25~26KN/m3。在满足结构承载力及刚度要求的前提下，应提高竖向构件混凝土强度等级以减小截面厚度。高度<100m的建筑，竖向构件混凝土强度等级可取C40~C30；高度>100m的建筑，竖向构件混凝土强度等级可取C50~C30。梁板混凝土强度等级采用C30。

2.2荷载统计

    除特殊情况外，荷载应按现行《建筑结构荷载规范》取值，特殊荷载参照《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构篇）取值。

2.2.1风荷载。风荷载应根据《建筑结构荷载规范》按结构设计使用年限要求及工程所在地的具体情况选用。对风荷载比较敏感（高度超过60m）的高层建筑，承载力计算时应按基本风压的1.1倍采用。

2.2.2楼面荷载统计。楼面附加恒荷载计算应根据建筑楼面做法厚度分层计算，活荷载应根据房间功能准确选取《建筑结构荷载规范》中的规定取值。

2.2.3隔墙荷载。梁上线荷载计算时，应取隔墙净高计算，并应扣除门窗洞口荷载。直接砌筑于板上的隔墙应采用100mm厚轻质材料隔墙，隔墙荷载按等效荷载原则考虑为楼面活荷载。

三、结构计算与参数选取

3.1 结构计算程序

结构计算应采用通过国家认定或获得国际广泛认可的计算软件，包括PKPM系列软件、盈建科系列软件、广厦系列软件、MIDAS、ETABS、SAP等。

3.2计算简图

3.2.1结构计算简图应基本符合原结构的受力特征、传力关系和边界条件。

3.2.2梁柱节点应考虑刚域作用，考虑刚域的计算模型会提高结构的整体刚度。

3.2.3垂直搭与剪力墙上的梁，梁端宜按铰接输入；当墙厚不小于梁高的0.8倍时，可按刚接输入。

3.2.4当楼板存在凹凸不规则、不连续或平面内变形较明显，应按弹性楼板补充计算。

3.2.5带斜屋面的结构，应按实际情况输入斜屋面布置，支撑斜屋面的柱墙构件应考虑斜梁水平推力对其产生的附加弯矩。

3.2.6剪力墙较小墙垛的输入问题。小墙垛的抗震性能较差，且宜应力集中，不能保证其性能的发挥，可不考虑其对结构整体抗震性能的贡献。因此，自墙边算起净长度不大于250的墙垛计算时可不输入。但其对垂直梁的锚固非常重要，应进行设计，可按构造配筋，满足梁支座锚固的要求。净长度大于250的墙垛，不宜忽视其实际作用，可按实际长度输入。

3.2.7连梁跨高比小于2.5的按洞口输入，跨高比介于2.5-5.0按梁输入。

3.2.8当位移比均小于1.2时，不考虑双向水平地震作用；

3.2.9连梁刚度折减系数：计算地震内力时，连梁刚度可折减，计算位移时，可不折减。折减系数一般取0.6，不得小于0.5。

3.2.10梁墙及梁梁垂直相交的铰接处理

（1）梁与剪力墙垂直相交时，梁端按铰接处理，减小对墙的影响，满足钢筋锚固；

（2）次梁与外墙主梁垂直相交时，次梁端按铰接处理，满足次梁钢筋锚固；

（3）次梁与内部主梁垂直相交时，次梁端一般可按刚接处理，主梁受力计算清楚，且可节省钢筋，但支座节点应采用满足锚固的构造；

3.3结构整体计算参数

3.3.1总信息

（1）水平力与整体坐标夹角：仅需改变风荷载作用方向时采用，一般填0。

（2）混凝土容重：25~26KN/m3，钢材容重：78 KN/m3。

（3）嵌固端所在层号：取底部嵌固部位之上一层的自然层号。程序将底部加强区延伸至嵌固端下一层。

（4）地下室层数：埋入土中超过半层高度的所有层数。

（5）对所有楼层采用强制刚性楼板假定：仅较规则结构计算位移比和周期比时勾选。较规则结构计算内力和配筋时，以及特别不规则结构计算所有指标时均不勾选。

（6）地下室采用强制楼板假定：一般应勾选。但对于地下室顶板开大洞及在此处有跃层柱的结构不能勾选。

（7）强制刚性楼板假定时保留弹性板面外刚度：仅对设置弹性板3和6的结构适用。当地下室采用板柱结构时必须勾选。

（8）墙梁跨中结点作为刚性楼板从节点：一般应勾选。不勾选时墙梁剪力一般会减小，但相应整体结构刚度变小，周期加长，侧移加大。

（9）计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有效翼缘：勾选。使结构中框架、短肢墙、普通墙的倾覆力矩统计结果更为合理。具体见《混规》9.4.3条及《抗规》6.2.13条条文说明。

（10）弹性板与梁变形协调：勾选。实现梁板变形协调，计算结果更为合理。

（11）恒活荷载计算信息：一般选用“模拟施工3”，对于钢结构或没有标准层概念的大型体育场馆应选择“一次性加载”。对于转换、悬吊等复杂传力的结构，应指定施工次序。

（12）规定水平力确定方式：一般情况选择“规范算法”，楼层概念不清晰的不规则结构选择“CQC算法”。倾覆力矩的输出结果中，一般情况首选“抗规方法”，当结构为框支转换或上部短肢墙，下部普通墙时，应按“轴力方法”计算结果。

3.2.2风荷载信息

（1）地面粗糙度类别：根据规范选择，D类慎用。

（2）修正后的基本风压：一般为50年一遇的基本风压。

（3）x、y向结构基本周期：为不考虑周期折减的结构第一平动周期。

（4）风荷载作用下结构的阻尼比：砼结构一般5%。

（5）承载力设计时风荷载效应放大系数：高度不大于60米的结构取1.0，高度大于60米的结构取1.1。

（6）考虑顺向风振影响：勾选。

（7）考虑横向风振影响：高度超过150m或高宽比大于5的高层建筑，以及高度超过30m且高宽比大于4的构筑物，应勾选。

（8）考虑扭转风振影响：根据《荷规》8.5.4条条文说明勾选。

（9）水平风体形系数：体型分段数可只考虑上部结构，程序自动扣除地下室部分风载。

3.2.3地震信息

（1）结构规则性信息：不规则。

（2）设计地震分组、设防烈度：根据《抗规》附录A选用。

（3）场地类别：根据地勘报告确定。（强条）

（4）抗震等级：根据《抗规》表6.1.2或《高规》表3.9.3、3.9.4选择。1.3.5钢框架抗震等级：根据《抗规》8.1.3条确定。

（5）抗震构造措施的抗震等级：根据《抗规》3.3.2条、3.3.3条、6.1.3~4条及《高规》3.9.1条、3.9.7条确定抗震构造措施的提高或降低。

（6）中震（或大震）设计：用于结构性能设计。弹性和不屈服设计均不考虑风荷载组合，不屈服设计增加柱、墙抗剪截面验算。

（7）斜交抗侧力构件方向附加地震数及相应角度：有斜交抗侧力构件或最大地震作用方向大于15度时在此输入，不改变风荷载方向。

（8）考虑偶然偏心：勾选。计算位移比时，必须考虑偶然偏心，计算层间位移角时，可不考虑偶然偏心。

（9）考虑双向地震作用：不考虑偶然偏心时，楼层最大位移与平均位移之比超过1.2，则勾选，否则不勾选。以免引起竖向构件内力的不必要放大。

（10）计算振型个数：取3的倍数，偶联时不小于9个。应注意有效质量参与系数不能小于90%。

（11）重力荷载代表值的活荷载组合值系数：一般结构取0.5，根据楼层使用功能而不同。

（12）周期折减系数：按《高规》4.3.17条取值。填充墙为砌块时，周期折减系数取大值：剪力墙结构0.9。周期折减系数不改变自振特性，仅改变地震影响系数。

3.2.4活荷信息

（1）柱、墙设计时活荷载折减：折减。但应注意此折减不能与PMCAD中“楼面荷载传导计算”中的荷载折减项同时选择，否则会造成折减系数累加，使结构不安全。

（2）传给基础的活荷载：折减。但应注意，此折减并不传给JCCAD，设计基础时，还应在JCCAD的“荷载参数”中输入相应的折减系数。

（3）梁活荷载不利布置最高层号：取全部楼层高。活荷载不利布置仅对梁起作用，墙、柱等竖向构件程序仅考虑一次性满布活载。

（4）柱、墙、基础活荷载折减系数：按《荷规》表4.1.2填写。新版程序对每个柱墙计算截面上方的楼层数自动分析计算，从而使带裙楼的高层结构取得正确的折减系数。

3.2.5调整信息

（1）梁端负弯矩调幅系数：一般取0.85。

（2）梁活荷载内力放大系数：取1.0，但应在前面考虑活荷载不利布置。

（3）梁扭矩折减系数：一般取默认值0.4。本参数对于弧形梁、不与楼板相连的独立梁均不起作用。在“特殊构建补充定义”中的“特殊梁”菜单下，可交互修改各梁的扭矩折减系数，用于需特殊验算抗扭的梁。

（4）薄弱层地震内力放大系数：无特殊情况时，多层取1.15，高层取1.25。

（5）连梁刚度折减系数：计算地震内力时，连梁刚度可折减，计算位移时，可不折减。折减系数一般取0.7，不得小于0.5。

（6）梁刚度放大系数按2010规范取值：勾选。

（7）砼矩形梁转T型：勾选。

（8）按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力：勾选。（强条）

（9）指定的薄弱层个数及层号：除程序自动判断放大的楼层外，对于转换层，层高差异较大的下部楼层，及转换桁架的上下层，应指定为薄弱层。高层薄弱层地震力放大系数1.25，多层薄弱层地震力放大系数1.15。

（10）全楼地震力放大系数：一般取1.0。但对于需用小震弹性时程补充计算的结构，当多条地震波的平均楼层响应大于振型分解反应谱法的楼层响应时，则可对全楼地震力进行放大，或仅对地震作用偏小的楼层进行放大。（可利用指定薄弱层进行放大）。

3.2.6设计信息：

（1）梁柱重叠部分简化为刚域：勾选，但在“梁平法施工图”中考虑支座宽度对裂缝的影响。

（2）框架梁端配筋考虑受压钢筋：勾选。

（3）柱配筋计算原则：一般采用“单偏压”计算，采用“双偏压”验算，如果用户在＜特殊构件补充定义＞中“特殊柱”菜单下指定了角柱，程序对其自动按照｛双偏压｝计算。

（4）剪力墙构造边缘构件的设计执行高规7.2.16-4：对于连体、错层、及B级高度的结构中的剪力墙，勾选此条。

（5）指定的过渡层数和层号：B级高度的剪力墙执行。（高规7.2.14-3）

3.2.7配筋信息：

（1）墙竖向分布筋配筋率（%）：墙竖向分布筋配筋率取值可根据《砼规》11.7.14条和《高规》3.10.5-2条、7.2.17条、10.2.19条的相关规定：“特一级一般部位取0.35%，底部加强部位取0.4%；一、二、三级取为0.25%；四级取为0.2%，非抗震要求取为0.2%；部分框支剪力墙结构的剪力墙底部加强部位抗震设计时取0.3%；非抗震设计时取0.25%”。

（2）地下室信息：

土层水平抗力系数的比例系数（M值）：2.5~100。m 值的大小随土类及土状态而不同；一般可按《JGJ94-2008》表5.7.5的灌注桩项来取值。用m 值求出的地下室侧向刚度约束呈三角形分布，在地下室顶层处为0，并随深度增加而增加。