小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析
2012-12-31 00:00:00張曉瑜
【摘要】近年來，隨著人們生活水平的提高，對住宅空間與平面的要求也越來越高，尤其是在小高層與多層建筑結(jié)構(gòu)中，這種現(xiàn)象表現(xiàn)的尤為明顯。而傳統(tǒng)的房屋建設(shè)結(jié)構(gòu)由于露柱露梁，普通的剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間造成了嚴(yán)重影響，使得室內(nèi)空間規(guī)定與分隔無法滿足人們的大空間需求。在這種社會(huì)現(xiàn)狀下，施工建設(shè)單位與企業(yè)急需一種新型的墻體結(jié)構(gòu)來解決現(xiàn)有的建筑空間和平面問題，基于此新型的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)便應(yīng)運(yùn)而生了，成為建筑工程項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的主要重點(diǎn)。本文圍繞小高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析，探討了相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并提出了各種問題的應(yīng)對策略。
【關(guān)鍵詞】剪力墻；小高層建筑；設(shè)計(jì)；計(jì)算
0.前言
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在目前的建筑工程中被廣泛應(yīng)用，其既保留了異形柱不凸出墻面的優(yōu)勢，且又在應(yīng)用的過程中克服了異形柱框架抗震性能不佳的缺陷，因此其在目前的小高層住宅建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。短肢剪力墻是剪力墻結(jié)構(gòu)中的一種特殊存在，是剪力墻結(jié)構(gòu)中的主要模式。在目前的建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻結(jié)構(gòu)墻體主要是由鋼筋混凝土墻組成，墻肢高度與厚度之間的比例大于1：8。通常在施工的過程中在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行開門、開窗的話均需要按照規(guī)范要求進(jìn)行，而短肢剪力墻是一些獨(dú)立的鋼筋混凝土墻段通過連接梁彼此連接成為一個(gè)整體，進(jìn)而采用其他輕質(zhì)材料或者磚土材料進(jìn)行填充，它在工作中有點(diǎn)類似于異形柱框架結(jié)構(gòu)，而又不屬于框架結(jié)構(gòu)。
1.結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)與優(yōu)勢
短肢剪力墻體系在一種結(jié)合建筑平面進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程，其在工作中通過利用間隔墻的位置來布置相關(guān)的屬相構(gòu)件，同時(shí)其基本上不去考慮建筑使用功能發(fā)生沖突與矛盾。在小高層建筑工程項(xiàng)目中，短肢剪力墻的數(shù)量可多可少、結(jié)構(gòu)可大可小，其中肢長也是可以進(jìn)行控制的，主要的應(yīng)用措施和方式通常都是根據(jù)抗側(cè)力的需求來進(jìn)行分析和制定的。隨著工程設(shè)計(jì)技術(shù)的逐步完善，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在布置的方面也存在著靈活性大、可彼此進(jìn)行調(diào)整的優(yōu)勢，同時(shí)對于各項(xiàng)方案的選擇也較多，能夠處理樓層中存在的各種不足。其主要的優(yōu)勢主要可以分為以下幾種：
1.1滿足建筑功能的需要
（1）墻肢與填充墻等厚，連接各墻的梁位于隔墻豎向平面內(nèi)，避免框架結(jié)構(gòu)中梁柱突出墻面的問題。
（2）填充墻體采用輕質(zhì)材料，符合墻體改革的方向。
（3）雖然短肢墻構(gòu)件增加了施工難度，且便于空間功能的使用和布置。
1.2滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要
在小高層住宅中，與常用的框架——抗震墻體系相比，其雖然具有受力明確，計(jì)算簡單等優(yōu)點(diǎn)，但其柱子截面大，梁柱外露，影響美觀和使用，在平面復(fù)雜多變的情況下結(jié)構(gòu)布置體系難以趨于合理，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算變得較為困難。而短肢剪力墻體系，墻肢和梁可隱蔽，結(jié)構(gòu)布置靈活，墻體的數(shù)量和肢長根據(jù)抗側(cè)力的需要而定，數(shù)量可多可少，肢長可長可短，還可通過不同的尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置。
2.結(jié)構(gòu)布置中需注意的問題
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能較差，故應(yīng)加強(qiáng)抗震薄弱環(huán)節(jié)，注重概念設(shè)計(jì)，滿足高規(guī)要求。
（1）短肢剪力墻應(yīng)均勻布置，使墻的軸向應(yīng)力差別不宜過大。豎向布置短肢剪力墻，盡可能做到墻肢上、下對齊、連續(xù)，盡量避免洞口錯(cuò)位，與連梁一起構(gòu)成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側(cè)力體系。
（2）每道短肢剪力墻宜有兩個(gè)方向的梁與之相連接，連梁盡可能布置在墻肢的豎向平面內(nèi)。短肢剪力墻應(yīng)該盡量在另一方向上設(shè)置翼緣，盡可能避免有一字形短肢剪力墻出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)布置上考慮縱橫墻的共同作用。
（3）短肢剪力墻應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)墻柱、弱連梁的體系。所謂墻柱，指的是指墻柱可采用強(qiáng)度等級高的混凝土，加強(qiáng)墻柱配筋：盡可能減少連梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墻體系計(jì)算更合理。
3.運(yùn)用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件容易忽視的問題
新《抗震規(guī)范》和新《高規(guī)》已頒布實(shí)施多年，兩本規(guī)范中關(guān)于地震作用計(jì)算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力調(diào)整等內(nèi)容較以前均有很大變動(dòng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)理解新規(guī)范中的條文內(nèi)容并在電算過程中貫徹實(shí)施。
總體計(jì)算中總信息的輸入：
3.1對振型數(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)取大些。尤其對于高位轉(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。
3.2連梁的剛度折減
高層建筑中的連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低，對抗震不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對連梁按“強(qiáng)剪弱彎”的延性要求進(jìn)行計(jì)算。多、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中允許連梁的剛度有所下降，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間的連梁，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。
3.3短肢剪力墻的抗震構(gòu)造
3.3.1抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比高規(guī)第48.2條規(guī)定的剪力墻抗震等級提高一級。
3.3.2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，一級抗震等級應(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，對抗震等級為二級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。
4.結(jié)束語
綜上所述，關(guān)于小高層住宅建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，文章主要從短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的布置、計(jì)算分析、構(gòu)造要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題這幾個(gè)方面進(jìn)行論述。目前，隨著小高層建筑的發(fā)展和人們對住宅使用功能要求的提高，由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可以靈活布置，墻肢可長可短，可落地也可帶轉(zhuǎn)換層，房間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)露梁露柱的現(xiàn)象，且短肢剪力墻的抗震性能也優(yōu)于異形柱剪力墻結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)計(jì)中根據(jù)其受力的特點(diǎn)，充分掌握和了解其受力特點(diǎn)和破壞機(jī)理后，并選擇合理的布置形式，正確掌握計(jì)算分析方法，它將在多、高層的住宅中有著廣闊的發(fā)展前景。 [科]
