小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李莘莘

（廣西恒廣建筑工程有限公司，廣西 南寧 532200））

1 概述

這些年人們對(duì)于居住在小高層和多層建筑內(nèi)的環(huán)境提出了要求，對(duì)于內(nèi)部空間有了更高的人性化的要求，對(duì)于原來外露梁柱的現(xiàn)象已經(jīng)不能接受，這時(shí)候提出了短肢剪力墻并迅速普及，這種結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了一般剪力墻的缺陷。是前者的發(fā)展和進(jìn)步因素，對(duì)于建筑問題，有利于更加合理和嚴(yán)密的布置。住宅建筑具有的特點(diǎn)是水平總高度較低，內(nèi)部空間較小，進(jìn)深不大等，對(duì)此，能夠有效減輕結(jié)構(gòu)重量，有利于推廣普及，從施工方和居住方來說都是福音。本文結(jié)合兩份文件，對(duì)于這項(xiàng)工藝的布置安排提出了合理的建議和看法，文件中有關(guān)于地震抗擊以及結(jié)構(gòu)規(guī)范。

2 結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)

2.1 滿足建筑功能的需要

2.1.1 墻肢的厚度和長短應(yīng)當(dāng)?shù)玫接行Э刂?，有利于將各個(gè)性能之間相互協(xié)調(diào)。

2.1.2 材料向著輕盈、弱重力的方向發(fā)展，此墻體也應(yīng)當(dāng)具備相同的要求。

2.1.3 盡管墻肢加大了操作應(yīng)對(duì)的困難程度，但是可利用的空間變大。

2.2 滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要

2.2.1 對(duì)于小高層建筑來講，抗震墻工藝具有便于力學(xué)計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，但是從美觀性上來說卻不占優(yōu)勢，梁體和柱子都露在外面，使用起來也不方便。有時(shí)候在平面復(fù)雜的狀態(tài)下系統(tǒng)也不大合理，并不容易被計(jì)算，而短肢剪力系統(tǒng)則可以杜絕這些缺陷，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都不必露在外面，在感官上實(shí)際用途上都較為省心。結(jié)構(gòu)也較隨意。墻的肢長是根據(jù)實(shí)際情況來確定的，肢長上和數(shù)量上較為隨意。經(jīng)過不同的規(guī)劃布置后能夠帶來不同的效果。

2.2.2 在小高層住宅中，與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系具有如下優(yōu)點(diǎn)：

將墻肢所具有的承重能力利用進(jìn)來。而通常對(duì)于墻體長寬比較大者必須另外使用鋼筋加固避免彎曲和折斷，減少結(jié)構(gòu)的本身重量，也從而能夠帶來花費(fèi)的降低。在地基承載不足的地方更有較強(qiáng)的實(shí)用性?？拐鹦阅茌^好，在抗震使用中有較強(qiáng)優(yōu)勢。

大部分墻肢的形狀較有延展性，對(duì)于晃動(dòng)和剪力等能夠較好的適應(yīng)。在剛度與韌度之間能夠較好的把握。從而在搖晃發(fā)生的時(shí)候能夠自身進(jìn)行調(diào)節(jié)，連梁的延展性能夠補(bǔ)充墻體本身的延展性。

3 結(jié)構(gòu)布置中需注意的問題

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)于抗擊地震方面并不具有優(yōu)勢，所以，對(duì)于其所承受的薄弱點(diǎn)更應(yīng)當(dāng)注意，通過加強(qiáng)薄弱點(diǎn)的抗震性能，達(dá)到提升其可用性的目的。

3.1 墻體的布置上講求對(duì)稱和均勻，來調(diào)和各種力的平衡

剪力墻的布置最大程度達(dá)到上下一致的效果，減少洞口的不對(duì)正問題，與連梁之間相互配合，帶來跨數(shù)較多的抗側(cè)力效果。

3.2 墻體的橫向與豎向問題應(yīng)當(dāng)?shù)玫较嗷ヅ浜?，將兩個(gè)方向的力綜合使用，以美觀和實(shí)用作為墻體布置的前提，并將短肢剪力墻的位置和計(jì)算方法了解于心，熟記，形成合格合理的剪力墻布置。

3.3 短肢剪力墻也應(yīng)當(dāng)遵循柱子硬度大而梁體彎曲程度高的特點(diǎn)，這就是說應(yīng)當(dāng)在材料的選擇上選用強(qiáng)度較高的混凝土，并利用鋼筋配入的方式增加其抗彎能力，連梁的高度不應(yīng)太大，對(duì)抗震有好處，也使得計(jì)算時(shí)更加方便。

3.4 B級(jí)高度高層建筑及9度抗震設(shè)計(jì)的A級(jí)高度高層建筑，不能采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.5 在極限高度的取值上應(yīng)當(dāng)留有一定的余地，使其面對(duì)較大的穩(wěn)定性問題的時(shí)候能夠有緩沖，避免超過臨界值。從而量變帶來質(zhì)變。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和軟件

短肢剪力墻工藝適應(yīng)了建筑發(fā)展的新的需求方向，是剪力墻的一個(gè)新發(fā)展，它的計(jì)算方法應(yīng)當(dāng)與一般的剪力墻結(jié)構(gòu)有相似之處。粱和柱均采用空間桿單元，剪力墻單元模型。目前計(jì)算上可采用的三維空間分析軟件有開口薄壁計(jì)算模型，空間膜元，板殼單元模型以及墻組元模型。樓板的形式計(jì)算為彈性和無限兩種模式。

目前短肢剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM-CADI程部的兩個(gè)計(jì)算軟件，TAT(多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與計(jì)算軟件)和SATWE(高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限及分析與設(shè)計(jì)軟件)。TAT用來計(jì)算一些結(jié)構(gòu)體系較為規(guī)整的高層建筑物，其計(jì)算模型視墻為薄壁桿件；SATWE用來計(jì)算一些結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、規(guī)模大的高層或超高層建筑物，是基于殼元理論的考慮空間組合作用的有限元分析方法，減少模型化誤差，精度高。SATWE是較實(shí)用的板殼單元模型，其特點(diǎn)是用每一節(jié)點(diǎn)六個(gè)自由度的殼無來模擬剪力墻單元。在剛度問題上應(yīng)當(dāng)考慮外部和內(nèi)部兩種方面，樓板較為隨意，可以從彈性來計(jì)算也可以按剛度來判斷，這種模型與實(shí)際情況較為相似。設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)考慮實(shí)際所具備的情況來選擇較有針對(duì)性的計(jì)算形式。

5 總體計(jì)算中總信息的輸入

5.1 對(duì)振型數(shù)量的要求

新《高規(guī)》第10章將帶轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)列為復(fù)雜高層建筑。第5.L.13條規(guī)定了計(jì)算地震作用時(shí)的最小振型數(shù)。實(shí)際上最根本的要求是要保證振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%以上。振型數(shù)最好是3的倍數(shù)。振型數(shù)的大小與結(jié)構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大時(shí)，振型數(shù)也應(yīng)取大此。尤其對(duì)于高位轉(zhuǎn)換，由于轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量遠(yuǎn)大于其他樓層，導(dǎo)致不同振型時(shí)地震作用在轉(zhuǎn)換層處突然增大，尤以轉(zhuǎn)換層位置在振型曲線振幅最大處或附近時(shí)更為顯著，因而轉(zhuǎn)換層在較高位置時(shí)，高振型的影響可能明顯增大，建議在計(jì)算分析時(shí)，取較多振型。

參考取值：帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑：振型數(shù)取30；多塔樓結(jié)構(gòu)：振型數(shù)nx9(n為塔樓數(shù))。

5.2 連梁的剛度折減

連梁在使用中是耗能的。剪切傷害會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的延展性也受到損害，不利于面對(duì)大的晃動(dòng)情況，設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)當(dāng)具備的強(qiáng)度和彎度比。一些高度較大的建筑是可以在剛度上有所緩和的，程序中通過連梁剛度折減系數(shù)來反映開裂后的連梁剛度。但應(yīng)注意短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度相對(duì)較小，連接各墻肢的梁已類似普通框架粱，而不同于一般剪力墻問的連梁，不應(yīng)在計(jì)算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào)，使其設(shè)計(jì)內(nèi)力降低，應(yīng)按普通框架梁的要求，控制混凝上壓區(qū)高度，其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%、80%來解決。

5.3 短肢剪力墻的抗震構(gòu)造

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比高規(guī)第48.2條規(guī)定的剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí)；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，底部加強(qiáng)層應(yīng)按高規(guī)第7.2.10條調(diào)整剪力設(shè)計(jì)值，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，一級(jí)抗震等級(jí)應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2；短肢剪力墻截面厚度不應(yīng)小于200mm；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%。其他部位不宜小于1.0%：新“抗震規(guī)范”出現(xiàn)了約束邊緣構(gòu)件這個(gè)概念，對(duì)抗震等級(jí)為二級(jí)及以上的短肢剪力墻，由于墻肢長度較短，約束邊緣構(gòu)件沿墻肢兩個(gè)方向近于整段墻肢，為了加強(qiáng)墑肢抗震性能，可以把整段墻肢作為約束邊緣構(gòu)件考慮。

[1]祁瑞.剪力墻設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2012（2）.

[2]曾霖羽.小高層建筑中剪力墻設(shè)計(jì)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（11）.