高层建筑抗震设计中的结构布置规定及原则

（一）试题回顾

【试题3.1.1】 剪力墙门窗洞口的设置（1999年）

在剪力墙结构中，拟有下列规定：

（Ⅰ）宜上下对齐、成列布置；

（Ⅱ）必须上下对齐、成列布置；

（Ⅲ）不宜采用错洞墙；

（Ⅳ）墙肢的高宽比宜小于2，墙肢截面高厚比宜小于3；

（Ⅴ）洞口设置应避免墙肢刚度相差悬殊。

试问以下何项组合方是正确的规定？

（A）（Ⅰ）、（Ⅲ）、（Ⅴ） （B）（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）

（C）（Ⅰ）、（Ⅳ）、（Ⅴ） （D）（Ⅱ）、（Ⅳ）、（Ⅴ）

【试题3.1.2】 框架-剪力墙高层结构的剪力墙布置（2011年）

长矩形平面现浇钢筋混凝土框架-剪力墙高层结构，楼、屋盖在抗震墙之间无大洞口，抗震设防烈度为8度时，下列关于剪力墙布置的几种说法，其中何项不准？

（A）结构两主轴方向均应布置剪力墙

（B）楼、屋盖长宽比不大于3时，可不考虑楼盖平面内变形对楼层水平地震剪力分配的影响

（C）两方向的剪力墙宜集中布置在结构单元的两尽端，增大整个结构的抗扭能力

（D）剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近

（二）剪力墙的设置

《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：

7.1.1 剪力墙结构应具有适宜的侧向刚度，其布置应符合下列规定：

1 平面布置宜简单、规则，宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置，两个方向的侧向刚度不宜相差过大。抗震设计时，不应采用仅单向有墙的结构布置。

2 宜自下到上连续布置，避免刚度突变。

3 门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁；宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置；抗震设计时，一、二、三级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙，全高均不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙。

《建筑抗震设计规范》规定：

6.1.9 抗震墙结构中的抗震墙设置，应符合下列要求：

3 墙肢的长度沿结构全高不宜有突变；抗震墙有较大洞口时，以及一、二级抗震墙的底部加强部位，洞口宜上下对齐。

本项规定的机理在《高层建筑混凝土结构技术规程》的“条文说明”中有讲述，现摘录于下：

7.1.1 高层建筑结构应有较好的空间工作性能，剪力墙应双向布置，形成空间结构。特别强调在抗震结构中，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个方向刚度接近。

剪力墙的抗侧刚度较大，如果在某一层或几层切断剪力墙，易造成结构刚度突变，因此，剪力墙从上到下宜连续设置。

剪力墙洞口的布置，会明显影响剪力墙的力学性能。规则开洞，洞口成列、成排布置，能形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用程序的计算简图较为符合，设计计算结果安全可靠。错洞剪力墙和叠合错洞剪力墙的应力分布复杂，计算、构造都比较复杂和困难。剪力墙底部加强部位，是塑性铰出现及保证剪力墙安全的重要部位，一、二和三级剪力墙的底部加强部位不宜采用错洞布置，如无法避免错洞墙，应控制错洞墙洞口间的水平距离不小于2m，并在设计时进行仔细计算分析，在洞口周边采取有效构造措施（图6a、b）。此外，一、二、三级抗震设计的剪力墙全高都不宜采用叠合错洞墙，当无法避免叠合错洞布置时，应按有限元方法仔细计算分析，并在洞口周边采取加强措施（图6c），或在洞口不规则部位采用其他轻质材料填充，将叠合洞口转化为规则洞口（图6d，其中阴影部分表示轻质填充墙体）。

图6 剪力墙洞口不对齐时的构造措施示意

a）一般错洞墙 b）底部局部错洞墙 c）叠合错洞墙构造之一 d）叠合错洞墙构造之二

【例3.1.1】 下列关于高层剪力墙结构设计的说法，何项是不正确的？

（A）剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有剪力墙的结构布置形式

（B）只要建筑布局需要，对抗震设防区的矩形的建筑平面中，也可只在一个主轴方向上布置剪力墙

（C）剪力墙应双向或多向布置，宜拉通对直

（D）剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置

正答：（B）

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.1条第1款的规定，选项（A）符合。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.1条第1款的规定，选项（B）不符合。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.1条第1款的规定，选项（C）符合。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.1条第3款的规定，选项（D）符合。

【例3.1.2】 图3.1.1所示钢筋混凝土高层建筑的剪力墙，何者对抗震最不利？

图 3.1.1

正答：（B）

图（A）为一般叠合错洞墙，图（B）为叠合错洞墙，图（C）为规则开洞墙，图（D）为底层局部错洞墙。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.1条，对抗震设计及非抗震设计，均不宜采用叠合错洞墙。在题示给出的4种开洞形式的剪力墙中，对抗震最有利的是（C），其次是（D），再次是（A），（B）为最不利。

【例3.1.3】 对于剪力墙上开洞，下列哪一种说法是错误的？

（A）少开洞比多开洞好 （B）开小洞比开大洞好

（C）单排洞口比多排洞口好 （D）上下层洞口对齐比洞口错开好

正答：（C）

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.1条的规定。

（三）洞口的布置

《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：

7.1.2 剪力墙不宜过长，较长剪力墙宜设置跨高比较大的连梁将其分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高度与墙段长度之比不宜小于3，墙段长度不宜大于8m。

《建筑抗震设计规范》规定：

6.1.9 抗震墙结构中的抗震墙设置，应符合下列要求：

2 较长的抗震墙宜设置跨高比大于6的连梁形成洞口，将一道抗震墙分成长度较均匀的若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于3。

本项规定的机理在两本规程的条文说明中均有讲述，现摘录于下。

《高层建筑混凝土结构技术规程》的条文说明：

7.1.2 剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于3）容易设计成具有延性的弯曲破坏剪力墙。当墙的长度很长时，可通过开设洞口将长墙分成长度较小的墙段，使每个墙段成为高宽比大于3的独立墙肢或联肢墙，分段宜较均匀。用以分割墙段的洞口上可设置约束弯矩较小的弱连梁（其跨高比一般宜大于6）。此外，当墙段长度（即墙段截面高度）很长时，受弯后产生的裂缝宽度会较大，墙体的配筋容易拉断，因此墙段的长度不宜过大，本规程定为8m。

《建筑抗震设计规范》第6.1.9条的条文说明：

为提高较长抗震墙的延性，分段后各墙段的总高度与墙宽之比，由不应小于2改为不宜小于3（图14）。

图14 较长抗震墙的组成示意图

【例3.1.4】 剪力墙结构的剪力墙布置，下列何项符合规定？

（A）剪力墙宜双向布置，每个独立墙段的总高度与长度之比不应小于2，墙肢截面高度不应大于8m

（B）剪力墙宜双向布置，每个独立墙段的总高度与长度之比不应小于3，墙肢截面高度不应大于8m

（C）剪力墙宜双向布置，每个独立墙段的总高度与长度之比不应小于2，墙肢截面高度不应大于7m

（D）剪力墙宜双向布置，每个独立墙段的总高度与长度之比不应小于3，墙肢截面高度不应大于7m

正答：（B）

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.1条、7.1.2条的规定解答。

【例3.1.5】 下列关于高层剪力墙结构设计的说法，何项是正确的？

（A）较长的剪力墙可开洞后设连梁，连梁宜采用较大的跨高比

（B）较长的剪力墙宜开设洞口，将其分为长度较均匀的若干墙段，洞口大小一般取1000mm×1000mm

（C）剪力墙开洞后形成的连梁，可按框架梁进行设计

（D）为增大抗震剪力墙的侧向刚度，宜设置较长的剪力墙，并少开洞口

正答：（A）

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条，在钢筋混凝土剪力墙结构布置中，当剪力墙过长（如超过8m）时，可以开构造洞将剪力墙分成长度合适的均匀的墙肢，用连梁拉接，但连梁刚度不一定要求很大，可做成高度较小的弱梁。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条，选项（B）不符合。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.3条，选项（C）不符合。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条，（D）项不符合。

【例3.1.6】 图3.1.2四种独立剪力墙，哪一种抗震性能最好？

图 3.1.2

正答：（D）

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条。每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于3。

（四）梁的布置(www.xing528.com)

剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小。当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外的刚度及承载力。

《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：

①要求控制剪力墙平面外弯矩。

②要求采取措施加强剪力墙平面外的刚度和承载力。

《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.6条所列措施（图3.1.3），都是当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，增大墙肢抵抗平面外弯矩能力的措施。

图3.1.3 梁墙相交时的措施

《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：

7.1.6 当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱或在墙内设置暗柱，并应符合下列规定：

1 设置沿楼面梁轴线方向与梁相连的剪力墙时，墙的厚度不宜小于梁的截面宽度；

2 设置扶壁柱时，其截面宽度不应小于梁宽，其截面高度可计入墙厚；

3 墙内设置暗柱时，暗柱的截面高度可取墙的厚度，暗柱的截面宽度可取梁宽加2倍墙厚；

4 应通过计算确定暗柱或扶壁柱的纵向钢筋（或型钢），纵向钢筋的总配筋率不宜小于表7.1.6的规定。

表7.1.6 暗柱、扶壁柱纵向钢筋的构造配筋率

注：采用400MPa、335MPa级钢筋时，表中数值宜分别增加0.05和0.10。

5 楼面梁的水平钢筋应伸入剪力墙或扶壁柱，伸入长度应符合钢筋锚固要求。钢筋锚固段的水平投影长度，非抗震设计时不宜小于0.4l_ab，抗震设计时不宜小于0.4l_abE；当锚固段的水平投影长度不满足要求时，可将楼面梁伸出墙面形成梁头，梁的纵筋伸入梁头后弯折锚固（图7.1.6），也可采取其他可靠的锚固措施。

6 暗柱或扶壁柱应设置箍筋，箍筋直径，一、二、三级时不应小于8mm，四级及非抗震时不应小于6mm，且均不应小于纵向钢筋直径的1/4；箍筋间距，一、二、三级时不应大于150mm，四级及非抗震时不应大于200mm。

图7.1.6 楼面梁伸出墙面形成梁头

1—楼面梁 2—剪力墙 3—楼面梁钢筋锚固水平投影长度

《高层建筑混凝土结构技术规程》的“条文说明”又作了补充说明：

7.1.6 剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力很小，因此，应注意剪力墙平面外受弯时的安全问题。当剪力墙与平面外方向的大梁连接时，会使墙肢平面外承受弯矩，当梁高大于约2倍墙厚时，刚性连接梁的梁端弯矩将使剪力墙平面外产生较大的弯矩，此时应当采取措施，以保证剪力墙平面外的安全。

当梁与墙在同一平面内时，多数为刚接，梁钢筋在墙内的锚固长度应与梁、柱连接时相同。当梁与墙不在同一平面内时，可能为刚接或半刚接，梁钢筋锚固都应符合锚固长度要求。

此外，对截面较小的楼面梁，也可通过支座弯矩调幅或变截面梁实现梁端铰接或半刚接设计，以减小墙肢平面外弯矩。此时应相应加大梁的跨中弯矩，这种情况下也必须保证梁纵向钢筋在墙内的锚固要求。

（五）设置端柱和翼墙

《建筑抗震设计规范》规定：

6.1.9 抗震墙结构中的抗震墙设置，应符合下列要求：

1 抗震墙的两端（不包括洞口两侧）宜设置端柱或与另一方向的抗震墙相连；

实际上，纵墙与横墙在相交处位移必须连续，在侧向荷载作用下，纵墙与横墙是共同工作的。因此在计算横墙受力时，要把纵墙的一部分作为翼缘考虑；而在计算纵墙受力时，要把横墙的一部分作为翼缘考虑，因此就有一个翼墙有效宽度如何确定的问题。不同的计算要求有不同的翼墙有效宽度，现分述于下。

1.内力和变形计算时的翼墙有效长度

（1）试题回顾

【试题3.1.3】 有效翼缘的宽度（1999年）

剪力墙结构内力与位移计算中，可以考虑纵横墙的共同工作。已知外纵墙厚度为250mm，横墙厚160mm，横墙间距为3600mm，房屋高度为50m。作为横墙每一侧有效翼缘的宽度（mm），以下何项为正确？

（A）1500 （B）3000 （C）2500 （D）1800

【试题3.1.4】 有效翼缘的宽度（2001年）

剪力墙1的截面如图3.1.4所示。当考虑纵、横墙的共同工作，进行横向内力与位移分析时，底层墙1的有效翼缘的应取宽度b_f（包括柱宽在内）（mm）与下列何项数值相近？

（A）1600 （B）2000 （C）2250 （D）3250

图 3.1.4

（2）规范规定

《建筑抗震设计规范》规定：

6.2.13 钢筋混凝土结构抗震计算时，尚应符合下列要求：

3 抗震墙结构、部分框支抗震墙结构、框架-抗震墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、板柱-抗震墙结构计算内力和变形时，其抗震墙应计入端部翼墙的共同工作。《建筑抗震设计规范》第6.2.13条的条文说明指出：

3 抗震墙应计入腹板与翼墙共同工作。对于翼墙的有效长度，1989规范和2001规范有不同的具体规定，本次修订不再给出具体规定。2001规范规定：“每侧由墙面算起可取相邻抗震墙净间距一半、至门窗洞口的墙长度及抗震墙高度的15%三者的最小值”，可供参考。现将2001版的《建筑抗震设计规范》第6.2.13条第3款摘录于下：

3 抗震墙结构、部分框支抗震墙结构、框架-抗震墙结构、筒体结构、板柱-抗震墙结构计算内力和变形时，其抗震墙应计入端部翼墙的共同工作。翼墙的有效长度，每侧由墙面算起可取相邻抗震墙净间距的一半、至门窗洞口的墙长度及抗震墙总高度的15%三者的最小值。

（3）算例

【例3.1.7】 翼墙的有效长度

条件：某剪力墙结构，房屋高度为54m，底层一双肢剪力墙，如图3.1.5所示，墙厚皆为200mm，主体结构考虑横向水平地震作用计算内力和变形时，与剪力墙墙肢2垂直相交的内纵墙作为墙肢2的翼墙。

要求：翼墙的有效长度b。

答案：由《建筑抗震设计规范》第6.2.13条条文说明，每侧长度：

（1）左边

②至洞边：4.7m

图 3.1.5

③15%H：15%×54m=8.1m，取小者，3.5m。

（2）右边

②至洞边：1.7m

③15%H：15%×54m=8.1m，取小者，1.7m。

（3）整个翼缘有效长度

b=（3.5+1.7+0.2）m=5.4m

2.承载力计算中的翼缘计算宽度

（1）《规范》规定

《混凝土结构设计规范》第9.4.3条规定：

在承载力计算中，剪力墙的翼缘计算宽度可取剪力墙的间距、门窗洞间翼墙的宽度、剪力墙厚度加两侧各6倍翼墙厚度、剪力墙墙肢总高度的1/10四者中的最小值。

（2）算例

【例3.1.8】 翼缘计算宽度计算

条件：图3.1.6为某高层横向剪力墙与纵向剪力墙相交处的局部平面图，剪力墙高度H_w=40.5m，横向剪力墙间距3.6m，按规定纵向剪力墙的一部分可作为横向剪力墙的有效翼缘。b=2.1m。

要求：承载力计算中的翼缘计算宽度。

答案：

按《混凝土结构设计规范》9.4.3条规定计算。

剪力墙的间距：3.6m

门窗洞间墙的宽度：2.1m

墙厚加两侧各6倍翼墙厚：（0.18+2×6×0.2）m=2.58m

墙高的1/10：40.5/10m=4.05m

四者中取最小值。

图 3.1.6

3.边缘构件的翼缘有效范围

边缘构件的翼墙有效范围分两种情况考虑：

①翼墙长度小于其3倍厚度或端柱截面边长小于2倍墙厚时，按无翼墙、无端柱考虑。

②翼墙长度不小于其3倍厚度或端柱截面边长不小于2倍墙厚时（图3.1.7），对能有效约束混凝土的范围取值请看“边缘构件”一节的内容。

图 3.1.7

4.计算“强剪弱弯”实配钢筋的弯矩时计入两侧翼墙内纵向钢筋的翼缘范围具体内容请看本章“调整内力设计值”一节的内容，这里不再重复。