談建筑工程中短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

徐　敏

摘 要：本文簡述了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的定義及優(yōu)點(diǎn)，對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)作了闡述，供大家參考。

關(guān)鍵詞：短肢剪力墻；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的判定

1 前言

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是一個(gè)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的新名詞，確切的應(yīng)稱其為較多短肢的剪力墻結(jié)構(gòu)，它是近年來興起的，由于其有利于住宅建筑布置，進(jìn)一步減輕了結(jié)構(gòu)自重，從而降低了基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)，很得建筑發(fā)展商的青睞，應(yīng)用也逐漸廣泛起來。

2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的定義及優(yōu)點(diǎn)

短肢剪力墻是指墻的肢長與墻的厚度比為5-8的一種剪力墻結(jié)構(gòu)。其有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)符合建筑的需要：連接各墻的梁，位于隔墻豎向平面內(nèi)，屬隱蔽型，利用隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)受力需要與建筑使用功能較好地統(tǒng)一起來，避免了框架結(jié)構(gòu)中梁柱突出墻面的問題。當(dāng)下部層數(shù)要求為大空間時(shí)，較易通過轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)來處理上下結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

(2)結(jié)構(gòu)布置靈活：墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，根據(jù)抗側(cè)力的需要而定，還可以通過不同的尺寸和布置調(diào)整剛度及剛度中心的位置。

(3)節(jié)能降耗：由于減少剪力墻而代之以輕質(zhì)砌體，房屋自重可以減輕，地震作用也隨之減小，因而有利于降低造價(jià)。另外，由于外墻墻面相當(dāng)一部分面積采用了輕質(zhì)保溫材料，代替鋼筋混凝土墻面，房屋的保溫隔熱性能也得到改善，這有助于建筑節(jié)能目的的實(shí)現(xiàn)。

3 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的布置原則。

3.1短肢剪力墻主要布置在房間間隔墻的交接處，墻肢的數(shù)量要根據(jù)具體的抗側(cè)力要求進(jìn)行確定，不能過多或過少，以免結(jié)構(gòu)過剛或者過柔。

3.2 短肢剪力墻應(yīng)該盡量均勻布置，以保證建筑物的剛心和質(zhì)心相一致，避免在地震中發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

3.3 在結(jié)構(gòu)布置上，要是短力墻盡量對齊拉直，使其形成成片的聯(lián)肢抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。

3.4 當(dāng)水平荷載較大時(shí)或者建筑物造型不規(guī)則時(shí)，應(yīng)該在平面外各角點(diǎn)及邊緣處布置短肢剪力墻來滿足結(jié)構(gòu)平面剛度的要求和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

3.5 為了避免墻肢凸出各間隔墻表面。墻肢一般不宜過厚。

4 短肢剪力墻的受力特點(diǎn)

目前，對于短肢剪力墻為何定義為墻肢高度比為5～8的剪力墻并沒有明確說明理由。事實(shí)上，短肢剪力墻介于聯(lián)肢墻與異形框架柱之間，它屬于聯(lián)肢墻的一種界限情況，與一般的聯(lián)肢墻相比，它的墻肢截面高度要短一些，但它仍屬于剪力墻的范疇。下面以雙肢墻為例來說明短肢剪力墻的受力特點(diǎn)。它由兩個(gè)T形截面的墻肢和一系列連梁組成的聯(lián)肢墻。設(shè)水平荷載在離墻底為z的高度處產(chǎn)生的彎矩為M，由平衡條件知：

M=M1+M2+N1

式中：Ml、M2分別為離墻底高度為z的水平截面上，由墻肢1、2單獨(dú)承擔(dān)的變矩，它使單個(gè)墻肢截面產(chǎn)生彎曲，稱為局部彎矩；N為該處墻肢截面的軸向力；L為兩墻肢截面形心之間的距離L=LI+L2。

顯然NL表示由兩個(gè)墻肢整體工作的組合截面所承擔(dān)的彎距，它使組合截面產(chǎn)生彎曲，其中一個(gè)墻肢受拉，另一個(gè)墻肢受壓，因此將NL稱為整體彎矩。

短肢剪力墻在倒三角形水平荷載作用下墻肢的局部彎矩、墻肢軸力所產(chǎn)生的整體彎矩以及外荷載產(chǎn)生的總彎矩之間的關(guān)系。不難看出，整體彎矩隨著整體性系數(shù)的增加而增大，而局部彎矩則隨著整體性系數(shù)的增大而減小。

現(xiàn)在再將連梁沿跨中截開，開該處的彎矩為零，剪力為Vbi。式中，Vbi為i層連梁對兩個(gè)墻肢提供的彎矩貢獻(xiàn)，稱為結(jié)束彎矩。

可見，整體彎矩是由連梁的剪力作用提供的，剪力墻某一水平截面上的整體彎矩等于此截面以上所有連梁對墻肢的約束彎矩的總和，這就是連梁的貢獻(xiàn)。在短肢剪力墻中，整體彎矩比局部彎矩大得多，所以剪力墻的主要受力特點(diǎn)是以整體彎曲為主，大多數(shù)樓層的墻肢沒有反彎點(diǎn)。整體水平位移曲線與豎向懸臂柱相似，是以彎曲型為主。即下一樓層的相對層間位移比上一層的小，這對結(jié)構(gòu)是有利的。

5 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定

5.1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，簡體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)部底部地震傾覆力矩的50％。若由短肢墻承受的地震傾覆力超過50％，說明短肢剪力墻所占的比例過大，這在規(guī)范上是不允許的。若由短肢墻承受的地震傾覆力矩很小，則此結(jié)構(gòu)應(yīng)視為一般剪力墻結(jié)構(gòu)，不用定義為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用PKPM軟件計(jì)算時(shí)，這一條件的實(shí)現(xiàn)與否可以SATWE的WV02O．OUT文件中查看，或在TAT的NL-1．OUT文件中查看到。

5.2 短肢剪力墻的應(yīng)用范圍

(1)B級高度高層建筑和9度抗震設(shè)計(jì)的A級高層建筑，即使設(shè)置簡體，也不能采用；

(2)其最大適用高度比《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》表4．2．2—l中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低，且7度和8度抗震設(shè)計(jì)是分別不應(yīng)大于100m和60m。

短肢剪力墻的抗震加強(qiáng)

(1)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級提高一級采用。

(2)抗震等級為一、二、三級時(shí)的軸壓比分別不宜大于0．5、0．6、0．7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應(yīng)降低0．1。

(3)除底部加強(qiáng)部位應(yīng)按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7．2．1O條調(diào)整剪力設(shè)計(jì)值外，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，一、二級抗震等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1．4和1．2。

(4)底部加強(qiáng)部位的縱向鋼筋配筋率不宜小于1．2％，其它部位不宜小于1．O％。

(5)墻體厚度不應(yīng)小于200mm，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C25。

6 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)

6.1 墻肢厚度≥200，且按抗震等級為一、二級時(shí)短肢剪力墻的截面厚度，底部加強(qiáng)部位≥1／16層高，其它部位≥1／20層高，當(dāng)為無端柱或翼墻的一字形剪力墻時(shí)，底部加強(qiáng)部位的截面厚度≥1／12層高，其它部位≥1／15層高；按抗震等級為三、四級時(shí)短肢剪力墻的截面厚度，底部加強(qiáng)部位≥1／20層高，其它部位≥1／25層高。

6.2 短肢剪力墻應(yīng)進(jìn)行剪壓比、軸壓比驗(yàn)算，正截面、斜截面的計(jì)算，計(jì)算過程和計(jì)算公式與普通剪力墻一致。

6.3 短肢剪力墻之間的連梁應(yīng)進(jìn)行剪壓比驗(yàn)算，正截面，斜截面的計(jì)算，計(jì)算過程和計(jì)算公式與普通連梁一致。

6.4 在設(shè)計(jì)中。經(jīng)常會遇到連梁超限的情況，“高規(guī)”第7．2．25條提出了三種處理方法：(1)減小連梁高度，降低連梁的剛度。對于高度很大的連梁，可以雙連梁的辦法來解決。雙連梁可近似折算為一根梁，梁寬等于兩倍墻厚，梁高取實(shí)際梁高，計(jì)算所得配筋均分給上下兩根連梁。在構(gòu)造上應(yīng)注意兩根連梁應(yīng)采用輕質(zhì)材料填縫。(2)對連梁彎矩及剪力進(jìn)行調(diào)幅，但在整體計(jì)算時(shí)已將連梁剛度進(jìn)行折減的，不應(yīng)再考慮調(diào)幅。無論用什么方法，連梁調(diào)幅后的彎矩及剪力設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于正常使用狀態(tài)下的值，也不宜低于比設(shè)防烈度低一度的地震作用組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值。因此“高規(guī)”建議在一般情況下，可掌握調(diào)幅后的彎矩不小于調(diào)幅前彎矩的0．8倍(6-7度)和0．5倍(8-9度)。同時(shí)，當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值后，其余部位的連梁和墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)相應(yīng)提高。(3)當(dāng)連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時(shí)(如跨度較小的洞口連梁)，可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢應(yīng)按兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，連梁則可根據(jù)實(shí)際截面按構(gòu)造配筋，做到“強(qiáng)剪弱彎”即可。以上三種方法在不同軟件中，實(shí)現(xiàn)的方式是不同的，在具體設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)參照軟件說明書進(jìn)行調(diào)整。

結(jié)束語

隨著設(shè)計(jì)方法的不斷更新，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的運(yùn)用將會越來越廣泛。但是由于國家一直沒有統(tǒng)一的規(guī)程、規(guī)范，因此導(dǎo)致其在應(yīng)用方面受到了一定的制約，應(yīng)盡快制定出相應(yīng)的規(guī)范，以使該設(shè)計(jì)方法在實(shí)際應(yīng)用中更合理、更安全。