高層住宅建筑中的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系

劉金浩 李冬璇

摘要：隨著現(xiàn)代高層住宅建筑要求大開間、平面及房間布置靈活、方便等特點，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系在高層住宅中的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。在進(jìn)行短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意正確判定短肢剪力墻和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，以把握好結(jié)構(gòu)的受力性能；結(jié)合短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的特點，進(jìn)行墻的合理布設(shè)；針對該種結(jié)構(gòu)體系的抗震薄弱環(huán)節(jié)，對薄弱部位強化設(shè)計和強化抗震構(gòu)造措施，從而做出安全、經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本文介紹了短肢剪力墻的定義、界定方法以及短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件，結(jié)合工程實例探討了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：高層住宅建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系

中圖分類號：TU398+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

普通框架結(jié)構(gòu)由于梁、柱截面較大, 柱、梁突出墻面影響住宅的平面使用功能。普通剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間的限定嚴(yán)格無法滿足人們對住宅空間的要求。以剪力墻為基礎(chǔ),并吸取框架的優(yōu)點,逐步發(fā)展而形成了一種能較好適應(yīng)小高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系,即所謂“短肢剪力墻- 筒體(或短肢剪力墻－普通剪力墻) ”結(jié)構(gòu)體系?！岸讨袅Α苯Y(jié)構(gòu)仍屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系,只不過是采用較短的剪力墻肢(短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8 的剪力墻),而且通常采用T形、L 形、]形、+ 形等。當(dāng)這些墻肢截面高度與墻厚之比小于等于3 時,它已接近于柱的形式,但并非是方柱,因此稱之為“異形柱”。故從廣義角度講,宜將這種結(jié)構(gòu)體系稱之為“短肢剪力墻- 筒體( 或短肢剪力墻－普通剪力墻結(jié)構(gòu)體系) ”?！巴搀w”就是以樓、電梯間所組成的鋼筋混凝土核心筒;“普通剪力墻”或者稱“一般剪力墻”就是指墻肢截面高度與墻厚之比大于8 的剪力墻。

結(jié)合建筑平面、利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件,剪力墻的數(shù)量可多可少,剪力墻肢可長可短,主要視抗側(cè)力的需要而定,還可通過不同尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置;由于減少了剪力墻數(shù)量,而代之以輕質(zhì)填充墻,不僅房屋總重量可以減輕,同時也可適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度,使地震作用減小,這不僅對基礎(chǔ)設(shè)計有利,而且對結(jié)構(gòu)抗震較為有利,同時也可降低工程造價, 還可加快施工進(jìn)度。

一、“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)體系的概述

1、短肢剪力墻的定義。a《. 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8 的剪力墻，但《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定當(dāng)構(gòu)件截面的長邊(長度)大于其短邊(厚度)的4 倍時，宜按墻的要求進(jìn)行設(shè)計，即高厚比為4～5 時，也按短肢剪力墻設(shè)計；b.高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；c.短肢剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

2、短肢剪力墻的界定方法。規(guī)程相關(guān)規(guī)定：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.1.2 條規(guī)定了高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)符合一系列規(guī)定。第7.1.3 條規(guī)定了B級高度高層建筑和9 度抗震設(shè)計的A級高度高層建筑，不應(yīng)采用第7.1.2 條規(guī)定的具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

3、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件：抗震設(shè)計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

二、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。這種結(jié)構(gòu)型式的特點是：

1、結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾。

2、墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置。

3、能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡單。

4、連接各墻的梁，隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)，可隱蔽。

5、根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強度要求。

對20層左右的高層住宅，國內(nèi)采用比較多的是框架一剪力墻體系或全剪力墻體系。根據(jù)平面布置的特點，通常利用中部的豎向交通區(qū)設(shè)置較多的剪力墻，組成一個較完整或基本完整的筒體，而外圍部分則要視建筑的平面布局而定，可以布置為框架或剪力墻，形成框架－剪力墻體系或全剪力墻體系。

框架－剪力墻體系雖有可使建筑布置靈活、受力明確、計算簡單等優(yōu)點，但由于房間布置一般都不規(guī)整，柱網(wǎng)難以布置，而且因框架柱子斷面較大，不論如何布置柱網(wǎng)，都會存在柱截面大于隔墻厚度而造成房間內(nèi)柱子外露，影響美觀和家具布置，在平面復(fù)雜多變的情況下，結(jié)構(gòu)布置難趨合理，結(jié)構(gòu)計算分析困難。全剪力墻體系抗震潛力大，結(jié)構(gòu)延性好，作為分隔墻能與建筑平面較好地配合，而且房間內(nèi)沒有梁柱外露，能滿足住宅的使用要求，可以避免上述框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點。但從另外的角度看，根據(jù)經(jīng)驗，按傳統(tǒng)的剪力墻布置方法用于高層住宅，即使是25層左右的建筑，剪力墻的配筋仍然是構(gòu)造配筋，即全剪力墻結(jié)構(gòu)體系的功能水平很高，用在此類建筑中存在一定程度的浪費。

為了發(fā)揮各種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點，使結(jié)構(gòu)既有足夠的抗側(cè)能力，又能減輕結(jié)構(gòu)自重，減少結(jié)構(gòu)費用，可以采用一種新的結(jié)構(gòu)形式——短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，簡稱短肢墻。

短肢剪力墻屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系，只不過采用的墻肢較短（通常認(rèn)為肢長為2m左右或以下），而且通常采用T形、L形、［形甚至是十字形，當(dāng)然也可以采用部分“一”形。由于排列不夠整齊、規(guī)律，肢長又比較短，所以與普通剪力墻結(jié)構(gòu)體系不同。當(dāng)肢長相當(dāng)短（肢長小于4倍墻厚）時，它已接近于柱的形式，但并非方形或矩形，因此也稱之為異型柱。目前短肢墻和異型柱之間沒有統(tǒng)一明確的界限和定義，但是無論名稱如何，它是由框架柱和剪力墻演變而來，并兼具兩者的優(yōu)點，這一點是肯定的。

三、實例分析

某23層住宅采用純剪刀墻結(jié)構(gòu)和短肢墻結(jié)構(gòu)的方案對比計算：

1、方案1：剪力墻方案，按照傳統(tǒng)做法，外墻除預(yù)留門、窗洞口外，以剪力墻為主，為滿足建筑空間要求，內(nèi)墻根據(jù)需要設(shè)置了部分剪力墻，墻厚一律200mm。

2、方案2：短肢墻方案，核心區(qū)剪力墻厚200mm，短肢墻12層以下250mm，12層以上200mm，混凝土7層以下C25，以上C20，墻肢按構(gòu)造要求設(shè)置暗柱。

短肢墻方案由于剪力墻數(shù)量減少，建筑物的設(shè)計荷載減少25071kN，降低了11.3％，而剪力墻方案則由于墻肢較多，側(cè)向剛度大，自振周期短以及結(jié)構(gòu)自重大等原因?qū)е碌卣鹱饔眉哟?，其底部剪力系?shù)分別比短肢墻方案大48％（橫向）和39％（縱向），底部剪力分別增加64％（橫向）和55％（縱向）。顯然，短肢墻方案對結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)都是十分有利的。

通過上表還可看出，短股墻方案的風(fēng)荷載位移和地震作用下位移均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，說明仍有較大的安全儲備和足夠的抗側(cè)移能力，其功能水平超過了規(guī)范的功能要求。

由于墻肢數(shù)量減少，上部結(jié)構(gòu)節(jié)約混凝土用量919m3，按當(dāng)時價格水平節(jié)約造價46萬元，同時由于自重減輕使得基礎(chǔ)工程中節(jié)約34根樁，造價50多萬元，兩項合計共節(jié)約造價100多萬元。由于墻肢數(shù)量的減少，使每一層的結(jié)構(gòu)面積減少約13.2m3，若其中一半折算成為使用面積，則23層共可以增加使用面積150m2。

短肢剪力墻體系順應(yīng)了建筑功能的多樣化和城市發(fā)展的需要, 有著較大的市場需求,在設(shè)計中,設(shè)計人員應(yīng)熟悉兩種體系的結(jié)構(gòu)性能、計算理論、計算方法, 正確使用軟件,才能設(shè)計出合理的結(jié)構(gòu),保證建筑物的安全質(zhì)量問題。

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