小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析（2）

邵海峰　田甜

【摘 要】短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是當(dāng)前小高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一種根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)后的設(shè)計(jì)方式，其改進(jìn)的目的是為了更好的適應(yīng)人們對(duì)于建筑內(nèi)部空間應(yīng)用的需求，使建筑內(nèi)部的平面空間更大，室內(nèi)空間應(yīng)用更加靈活和高效，滿足了現(xiàn)代城市居民對(duì)建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)的要求。本文首先分析了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)，再?gòu)慕Y(jié)構(gòu)布置需要注意的問(wèn)題出發(fā)，探討了當(dāng)前短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算模型方法，并指出了在運(yùn)用計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)容易忽視的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；計(jì)算模型

在現(xiàn)代城市的建設(shè)中，小高層以其獨(dú)特的優(yōu)越性成為當(dāng)前住宅建筑中最受歡迎的建筑結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在土地利用率高，相對(duì)開(kāi)發(fā)成本低，舒適性和便利性更強(qiáng)，戶型也更加多樣等幾方面。尤其是采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行施工的小高層，更大程度了滿足現(xiàn)代都市人對(duì)于住宅建筑內(nèi)部更高的空間利用率和更靈活多樣的室內(nèi)設(shè)計(jì)的需求。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，是在普通剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)人們對(duì)建筑日益增長(zhǎng)的需求而發(fā)展而來(lái)的，并且逐漸成為現(xiàn)代小高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要設(shè)計(jì)方式。

1.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)

隨著短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系在小高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，可以從實(shí)踐中看出該結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在滿足小高層建筑的功能需求和滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求這兩大方面。

首先，在建筑功能方面，短肢剪力墻的墻肢設(shè)計(jì)是與填充墻的厚度相同的，且短肢剪力墻與各個(gè)墻體之間的梁的連接是處于墻體的豎立平面內(nèi)的，這就很好的實(shí)現(xiàn)了框架結(jié)構(gòu)中梁柱外露的問(wèn)題；在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的施工中，大都是采用的較為輕質(zhì)的建筑材料，以減少結(jié)構(gòu)的負(fù)重荷載；短肢剪力墻由于其自身特性而在一定程度上增大了施工難度，但其能夠很好的擴(kuò)大建筑內(nèi)部的有效使用面積，因此，仍然是具有很大推廣價(jià)值的。

其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)要比普通框架-剪力墻具有更好的隱蔽性，使墻肢與梁可以隱藏在墻體內(nèi)，方便了用戶對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計(jì)應(yīng)用。且在設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻對(duì)于墻的數(shù)量和肢長(zhǎng)的確定也更加靈活，可以通過(guò)計(jì)算建筑的抗側(cè)力需求來(lái)確定數(shù)量的多少以及肢長(zhǎng)的長(zhǎng)短，同時(shí)，墻體剛度的大小和剛度中心位置的確定，也都可以根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加貼合實(shí)際的需要。

另外，在小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻與常用的普通剪力墻體系相比，其具有的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：充分利用墻肢的承載能力，避免傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體過(guò)長(zhǎng)而通常為構(gòu)造配筋的浪費(fèi)；減輕結(jié)構(gòu)自重，降低主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價(jià)，尤其對(duì)于地基承載力較低的地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益顯著；結(jié)構(gòu)自振周期相對(duì)加大，彌補(bǔ)剪力墻體系抗側(cè)剛度大，從而地震反應(yīng)加大的缺點(diǎn)；主體結(jié)構(gòu)中大多數(shù)墻肢呈受彎工作狀態(tài)，從而保證墻體具有足夠的延性。同時(shí)大多數(shù)連梁的跨高比大于2 5，保證整體剛度的同時(shí)降低連梁的自身剛度，避免連梁的剪切破壞，使連梁也具有足夠的延性，以此來(lái)彌補(bǔ)剪力墻體系延性的不足。

2.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置中需要注意的問(wèn)題

在短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)布置的合理性是非常重要的，這是因?yàn)槎讨袅Y(jié)構(gòu)的抗震性能相對(duì)較差，為此，在結(jié)構(gòu)布置中應(yīng)充分考慮到加強(qiáng)抗震性的設(shè)計(jì)內(nèi)容，注意結(jié)合相關(guān)技術(shù)概念和理論的應(yīng)用，盡可能的提高結(jié)構(gòu)的性能。一般來(lái)講，在其結(jié)構(gòu)布置中，需要注意到以下幾點(diǎn)：

2.1短肢剪力墻應(yīng)均勻布置，使墻的軸向應(yīng)力差別不宜過(guò)大。豎向布置短肢剪力墻，盡可能做到墻肢上、下對(duì)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。

2.2.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。

2.3短肢剪力墻應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)墻柱弱連梁的體系。所謂強(qiáng)墻柱，是指墻柱可采用強(qiáng)度等級(jí)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。

2.4 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)。

2.5最大適用高度比高規(guī)表中剪力墻結(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)時(shí)分別不應(yīng)大于100m和60m。

3.結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和軟件應(yīng)用中易忽視的問(wèn)題

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計(jì)算模型同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)作為空間體系，粱和柱均采用空間桿單元，剪力墻單元模型。在計(jì)算上可采用的三維空間分析軟件有開(kāi)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。而目前短肢剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛采用的是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）。但在實(shí)際的計(jì)算應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)視乎一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：

3.1總體計(jì)算中總信息的輸入

3.1.1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(duì)抗震不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)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(guò)連梁剛度折減系數(shù)來(lái)反映開(kāi)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(lèi)似普通框架粱，而不同于一般剪力墻問(wèn)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(lái)解決。

3.1.2短肢剪力墻的抗震構(gòu)造?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比普通剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí)；底部加強(qiáng)層應(yīng)按規(guī)定調(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200 mm；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(zhǎng)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)墻肢抗震性能，可以把整段墻肢作為約束邊緣構(gòu)件考慮。

3.2程序輸入和輸出時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)、框支梁、框支柱、角柱的指定。框支梁、框支柱、角柱是帶轉(zhuǎn)換層的復(fù)雜高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)需特別加強(qiáng)的構(gòu)件?！犊拐鹨?guī)范》和《高規(guī)》按“強(qiáng)剪弱彎”的原則，對(duì)其抗震等級(jí)和組合設(shè)計(jì)內(nèi)力值進(jìn)行調(diào)整，并采取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。因此，程序輸入過(guò)程中正確指定轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)、框支梁、框支柱和角柱，對(duì)計(jì)算結(jié)果的合理輸出是相當(dāng)重要的。也是設(shè)計(jì)人員容易忽視的問(wèn)題。

4.結(jié)語(yǔ)

從整體來(lái)講，小高層建筑中應(yīng)用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式要比其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式更具優(yōu)越性，針對(duì)當(dāng)前短肢剪力墻的抗震性能較差以及計(jì)算中易出現(xiàn)錯(cuò)誤的問(wèn)題，都需要我們不斷加強(qiáng)和改進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步完善短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的性能和設(shè)計(jì)方法，使剪力墻結(jié)構(gòu)體系能在小高層建筑的發(fā)展中得到更廣泛的應(yīng)用。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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