0 引言

　　双面叠合剪力墙板是由工厂化生产的2片预制混凝土墙板通过桁架钢筋连接成内部带空腔的预制墙板，在形成的空腔中现场浇筑混凝土形成整体受力的结构构件。双面叠合剪力墙四面不出筋，具有自动化程度高、防水性能好、质量轻、免模板等优点，有着广泛的应用空间。大量试验研究表明，双面叠合剪力墙具有与现浇剪力墙接近的抗震性能和耗能能力，可参考现浇结构计算方法进行结构设计。然而，由于叠合剪力墙结构墙体之间接缝数量多且构造复杂，接缝的构造措施和施工质量对结构整体抗震性能影响较大，因此，规范从严规定，与现浇结构相比适当降低其最大适用高度^[1,2]，这不利于双面叠合剪力墙结构在超高层结构中的推广与应用。本文以深圳长圳公共住房及附属工程项目中103m高双面叠合剪力墙住宅设计为例，对结构设计过程中遇到的重要问题进行技术分析和论证。

　　1 工程概况

　　本住宅采用双面叠合剪力墙结构体系，平面呈品字形对称布置。地下2层，地上塔楼36层，其中地上1～2层为非标准层，3层及以上为标准层，标准层高为2.8m，房屋高度为103m。底部2层层高较大，采用现浇剪力墙，墙厚为300mm;3层属于底部加强部位楼层，故也采用现浇剪力墙，墙厚为250mm;其余标准层核心筒区域采用现浇剪力墙，厚度为200mm，户型内采用双面叠合剪力墙，墙厚为250mm，其中内、外预制墙板厚度为50mm，空腔内部现浇混凝土厚度为150mm，如图1所示(图中t₁为预制板厚度，t₂为现浇部分厚度，b_w为剪力墙厚度)。

　　图1 双面叠合剪力墙构造  

　　本工程所在地抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第1组，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为丙类，抗震等级为二级。剪力墙混凝土强度等级由C60逐级降低至C30，梁板混凝土强度等级均为C30。预制双面叠合剪力墙之间通过现浇节点相连，如图2所示。

　　图2 双面叠合剪力墙连接节点  

　　2 单向少墙结构分析

　　本项目外围开窗较大，导致在同一区域外围单方向剪力墙布置较少，如图3所示。单方向楼层剪力由3部分承担:该方向长剪力墙平面内承担的剪力、该方向短剪力墙平面内承担的剪力及垂直于剪力方向的剪力墙平面外承担的剪力，经过统计分析，各部分剪力比如图4所示，且剪力墙平面内承担的剪力<90%，因此判定本结构为单向少墙结构体系^[3]。因此，对于少墙方向的短剪力墙，按框架剪力墙结构中的框架与剪力墙进行包络设计，对于较长的剪力墙，在结构计算时考虑双向地震作用，并验证剪力墙平面外承载力。

　　在墙体截面、材料及配筋确定的条件下，根据GB 50010—2010《混凝土结构技术规范》^[4]中的矩形截面偏心受压/受拉承载力计算相关公式，可得出受压/受拉承载力N_u和受弯承载力M_u之间的相关曲线方程，N-M曲线包络区域即为剪力墙正截面承载力包络区域。按小震弹性方法计算构件内力，提取4片典型剪力墙按小震弹性计算的控制内力，N-M曲线如图5所示。

　　由图5可知，按小震弹性计算的双面叠合剪力墙构件的控制内力均远小于截面强度极限，双面叠合剪力墙构件具有很大的安全富裕度，满足小震下性能目标的要求。

　　图3 单向少墙结构  

　　图4 不同方向地震作用下各类墙肢剪力比  

　　图5 双面叠合剪力墙N-M曲线  

　　3 双面叠合剪力墙抗剪承载力分析

　　双面叠合剪力墙在楼层处，偏安全地只考虑中间现浇层混凝土承担水平剪力，内外叶预制墙板作为荷载加载至现浇剪力墙上，即双面叠合剪力墙仅考虑哑铃形截面作为实际抗剪截面承担剪力，如图6所示。中震弹性工况下，以标准层第1层为例统计的剪力墙剪压比如图7所示。由图7可知，中震弹性工况下，剪力墙剪压比均<1，满足截面控制条件。

　　图6 双面叠合剪力墙抗剪截面  

　　图7 中震弹性工况下剪力墙剪压比  

　　4 楼板弱连接分析

　　根据建筑功能需要，塔楼各层在核心筒与南侧两户主体结构之间的楼板需开洞，2个洞口间楼板宽度仅5.1m，此处楼板有效宽度小于南侧楼板典型宽度的50%，造成楼板局部不连续，形成局部弱连接，该弱连接楼板将主体结构分成南、北2个单元。结构平面布置如图8所示。

　　图8 结构平面布置  

　　针对弱连接区域楼板进行抗剪承载力和抗扭承载力复核。该弱连接楼板有效宽度为5.1m，板厚为150mm，配筋为双层双向，混凝土强度等级为C30。

　　由整体分析可知，大部分楼层在小震作用下的楼层剪力均小于在风荷载作用下的楼层剪力，因此可分别验算风荷载及大震作用下的弱连接楼板承载力。南侧单元与北侧单元协调变形，保持结构整体性，本文假定南侧单元的层间剪力全部由本层弱连接楼板传递至北侧单元，以此保守方法验证弱连接楼板的受力性能。

　　1)风荷载作用下的层间剪力计算

　　根据YJK整体分析得到x方向风荷载作用下的楼层风荷载，进而得到风荷载作用下的楼层层间剪力。考虑到结构平面形状为品字形，因此将风荷载放大1.3倍。x向风荷载作用下，可根据迎风面比例确定南侧单元的层间剪力与整个塔楼的楼层剪力之比。经计算，南侧单元所承担的层间剪力约为整个楼层层间剪力的0.432倍。

　　2)大震作用下的层间剪力计算

　　本栋塔楼标准层建筑面积为424m²，南侧单元面积共146m²，占总面积约0.345。本文假定南侧单元楼层层间剪力与整个塔楼层间剪力的比值按面积比值确定。

　　《混凝土结构设计规范》^[4]规定，不配置箍筋的板类受弯构件，斜截面受剪承载力应≤0.7β_hf_tbh₀，因此，风荷载作用下(工况1)的弱连接楼板剪力设计值V_w应满足式(1)。

　　罕遇地震作用下(工况2)的弱连接楼板剪力V_E应满足式(2)。

　　JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》^[5]规定，罕遇地震作用下(工况3)的构件斜截面抗剪承载力应满足式(3)。

　　弱连接部位一般是梁和楼板同时存在，并且梁一般作为边梁，对于梁的配筋计算，除按常规受弯构件计算外，还应验算该梁承受拉力及压力时的配筋。根据力学平衡原理，本文假定南侧单元的楼层剪力在弱连接楼板计算截面形成的扭矩与弱连接楼板边缘的2根梁轴力形成的力偶相互平衡。即单根梁拉力N应满足式(4)。

　　式中:L₁为2根梁之间的轴线距离，L₁=7.55m;L₂为南侧户型的楼层剪力作用点至弱连接楼板计算截面的距离，L₂=6.55m。

　　由拉力N可进一步计算得到梁轴力作用下的受拉钢筋面积A_S。

　　弱连接处楼板承载力如图9所示。由图9可知，弱连接处楼板在大震和风荷载作用下满足承载力要求，加强弱连接楼板两侧主梁的配筋可满足大震下产生的扭矩作用。

　　图9 弱连接处楼板承载力 

　　5 加强措施

　　1)《装配式混凝土建筑技术标准》中规定，在进行双面叠合剪力墙结构截面设计时，剪力墙厚度取双面叠合剪力墙全截面厚度，然而这仅考虑双面叠合剪力墙平面内受力的情况，双面叠合剪力墙在拼接处连接钢筋保护层厚度增大，导致平面外受弯承载力降低。本工程将双面叠合剪力墙厚度统一加厚至250mm，且按等弯矩原则，将双面叠合剪力墙内与现浇混凝土之间的连接钢筋直径加大或钢筋间距加密，以使双面叠合剪力墙平面外受弯承载力不小于墙身。具体加强措施为:墙身水平分布筋为

　　2)楼板弱连接区域属于工程关键部位，在设计中从构造措施上对弱连接楼板进行加强，具体措施包括:(1)增加弱连接部位及其周边楼板板厚至150mm;(2)提高弱连接楼板配筋率至0.35%，并采用双层双向拉通设计;(3)楼板钢筋延伸至周边板块并满足1.3l_a的锚固要求;(4)加大弱连接处边梁截面，且满足充分利用钢筋抗拉强度计算钢筋的锚固要求。

　　6 结语

　　本文基于振型分解反应谱法，采用YJK及MIDAS软件对双面叠合剪力墙结构住宅进行结构整体分析与时程分析，并对局部构件进行验算，结论如下。

　　1)103m双面叠合剪力墙结构能满足结构整体稳定性要求，且构件均满足小震弹性状态下承载力要求。

　　2)考虑双向地震作用，双面叠合剪力墙构件的平面外承载力均能满足设计要求。

　　3)验算墙板剪压比时，仅考虑预制墙板之间现浇混凝土截面，仍能满足要求。

　　4)弱连接处楼板截面抗剪承载力能满足设计要求。

　　5)增大双面叠合剪力墙连接钢筋，保证节点承载力不低于墙身承载力，双面叠合剪力墙结构可按等截面现浇剪力墙结构进行整体分析。