高层住宅窗底墙与窗间墙脱缝对结构设计优化的作用

李 海 峰

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

目前，大城市寸土寸金的现象导致越来越多高层住宅的出现，对结构设计优化的要求越来迫切。针对高层住宅剪力墙结构设计，下面对其窗底墙与窗间墙脱缝与不脱缝两种方案进行比较，探讨脱缝方案的合理性与优化性。

1 两种方案简述

依据GB 50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)3.5.3.3条，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近，也就是要求两个主轴方向的刚度比较接近，然而目前大多数住宅的平面宽度B与长度L往往相差很大。要使不同尺寸的两个方向刚度接近，这就要求结构设计对模型优化以达到宽度B与长度L方向刚度相近的要求(见图1)。

如图2所示，将窗间墙与窗底墙钢筋断开，设置施工缝，则剪力墙连梁高度为h1，如图3所示，窗间墙与窗底墙为整体浇筑，钢筋左右拉结为整体，则剪力墙连梁高度为h1+h2，如图3所示，连梁的刚度大于如图2所示连梁的刚度。

2 方案分析

混凝土结构的概念设计力求做到“强剪弱弯，强柱弱梁”，即对于剪力墙结构来说，单个构件墙、连梁都应做到强剪弱弯，对于整体结构来讲，强竖向构件，弱水平构件。剪力墙结构应具有延性，对于高宽比大于3的细高剪力墙，其破坏形式基本为具有延性的弯曲破坏。但是对于比较长的墙来讲，需通过开设洞口分割长墙，且在分割墙段洞口上方设置约束弯矩较小的连梁，因为如果墙段的横截面高度很大，墙段受弯后产生的裂缝很大，墙体配筋容易拉断。由此可以得出，由于对墙段的裂缝限制，必须对墙段的长度(墙段的横截面高度)严格限制，由于对整体结构“强竖向构件，弱水平构件”概念设计的控制，要求连梁的刚度应该大大小于墙体的刚度，所以从概念设计上来讲，弱化连梁刚度在结构方案设计中显得尤为重要。

从规范来讲，《高层建筑混凝土结构技术规程》中提到弱化连梁刚度的办法有三种，一是在内力计算前就将连梁刚度进行折减；二是在内力计算之后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数，两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋，为了避免在正常使用条件下或较小的地震作用下在连梁上出现裂缝，无论用什么方法，连梁调幅后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况下的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩、剪力设计值，因此建议，一般情况下，调幅后的弯矩不小于调幅前按刚度不折减计算的弯矩的80%(6度～7度)和50%(8度～9度)，并不小于风荷载作用下的连梁弯矩。当以上两种措施都不能解决问题时，允许采用第三种方法处理，即假定连梁在大震下剪切破坏，不再能约束墙肢，因此可考虑连梁不参与工作，而按独立墙肢进行第二次结构内力分析，它相当于剪力墙的第二道防线，这种情况往往使墙肢的内力及配筋加大，可保证墙肢的安全。

综上所述，对于剪力墙结构的设计，以上三种处理办法，均为弱化连梁在设计中抵抗水平方向荷载的作用，且加强竖向构件在抵抗水平方向荷载方面的作用。然则如图2所示，在具体的民建住宅工程设计中，窗底墙与窗间墙之间脱缝的处理办法，则大大的降低了连梁的有效高度，不需要折减连梁刚度，就可直接将整体结构抵抗水平方向荷载的部分能力由连梁转移到竖向构件，这样在配筋计算时就直接加强了竖向构件，且构件配筋符合结构体系的实际工况，弱化连梁的作用，对大震作用下结构体系的第二道抗震防线也有所加强。例如，太原市某高层剪力墙住宅设计中采用了窗底墙与窗间墙脱缝的处理办法，大大优化了模型，提高了该剪力墙结构的抗震能力。

3 结语

通过以上分析，我们可以得出，高层剪力墙住宅结构中使用窗底墙与窗间墙脱缝处理的办法，大大弱化了剪力墙结构体系中连梁的作用，这不仅符合混凝土结构的概念设计的方法，而且与JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程中的条文解释也是一脉相承的。

[1] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

[4] GB 50068—2001，建筑结构可靠度设计统一标准[S].