淺析高層住宅建筑中中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)

李寧

【摘要】本篇文章主要針對中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)自身所具有的特性、中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，尤其是對于其中的剪力墻結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，以期為我國實(shí)高層建筑住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】中短肢剪力墻；小高層住宅；設(shè)計(jì)

1、前言

近幾年來，在經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，人們對于建筑住宅的質(zhì)量要求越來越高，尤其是對于高層住宅的平面和空間所提出的要求，以往傳統(tǒng)的普通框架愛結(jié)構(gòu)隨著需求的改變，已經(jīng)無法滿足人們的需求。在這樣的情況下，具有更加靈活性，并且不存在露梁柱現(xiàn)象的鋼筋混凝土中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)得到了極大的推廣應(yīng)用。下文主要針對高層住宅建筑中中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討。

2、中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)

（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）在結(jié)構(gòu)布置方面靈活性及可調(diào)整性大，可選擇的方案較多，較易處理樓蓋的支承。

（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(qiáng)度要求。

3、中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置

（1）中短肢墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)適中，避免結(jié)構(gòu)太剛或太柔，滿足豎向荷載和抗側(cè)力需要即可。

（2）中短肢剪力墻的縱橫應(yīng)盡量均勻分布，其軸向應(yīng)力不應(yīng)相差懸殊。

（3）中短肢剪力墻肢間距不宜過大，在平面外邊緣及角點(diǎn)處，特別是外凸部分，布置必要的中短肢墻，既有利于梁的支撐，又可以分散荷載，以加強(qiáng)其整體性和滿足平面剛性的要求。

（4）每道中短肢墻宜與兩個(gè)方向的梁連結(jié)，連梁盡可能布置在墻肢的豎平面內(nèi)；連梁寬度一般宜與墻肢厚度相等；墻肢不宜過厚，以采用200 mm、250mm或300mm為宜；可以混合布置部分較長的墻或矩形柱。

4、中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析

對中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿——系簿壁柱空間分析方法（TBSA、TAT）或空間桿——墻組元分析方法（TBSSAP、SATWE）。其中空間桿墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，精度較高。目前國內(nèi)大多采用中國建研院系列軟件中的TAT和SATWE來計(jì)算。

4.1 TAT

TAT軟件在實(shí)際執(zhí)行的過程中，主要是利用三維空間模型的形式，來針對剪力墻之中所應(yīng)用的薄壁柱單元存在原理進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)還對于梁柱之中所存在的空間桿系原理進(jìn)行了全面詳細(xì)的計(jì)算。在實(shí)際利用TAT進(jìn)行計(jì)算的過程中，為了能夠使得結(jié)構(gòu)的受力延性更加的科學(xué)合理，就必須要針對結(jié)構(gòu)各個(gè)方面進(jìn)行全方位的簡化；通常情況下，在對多肢剪力墻進(jìn)行延性計(jì)算的過程中，一般都是直接使用剪力墻開洞的措施來進(jìn)行處理，并且保持上下不同部位的整齊性，最大限度的避免出現(xiàn)偏心的狀態(tài)。當(dāng)剪力墻本身在進(jìn)行開動(dòng)處理之后，其洞口上下兩個(gè)不同的余下部分，可以直接是用TAT的梁單元來進(jìn)行延性的模擬計(jì)算。從本質(zhì)上來說，開洞處理的主要目的，便是為了能夠使得薄壁柱的計(jì)算模型能夠更加符合需要，并且讓簡化處理之后的剪力墻受力更加的簡單、明確。TAT之中樓板主要是利用剛性樓板在進(jìn)行假定設(shè)計(jì)，也就是假定平面內(nèi)部剛度無限大，而外部剛度為零的計(jì)算模式。在這一假定模式之下，規(guī)則的樓板結(jié)構(gòu)在進(jìn)行計(jì)算之后，所可能產(chǎn)生的誤差數(shù)值極低。

4.2 SATWE

SATWE軟件的主要作用便是為高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析過程中所使用的關(guān)鍵性材料，能夠直接使用在對于各種不同的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行體系計(jì)算的工作上。SATWE在實(shí)際運(yùn)行的過程中，主要是以殼理論來作為構(gòu)造基礎(chǔ)，通過構(gòu)造基礎(chǔ)之中所涉及到的超單元墻元來作為剪力墻的模擬數(shù)據(jù)，其測算出的結(jié)果不但包含有相應(yīng)的平面外剛度，還同樣包含了平面數(shù)據(jù)所涉及到的內(nèi)剛度，同時(shí)，還能夠較為良好的針對剪力墻實(shí)際受力狀態(tài)進(jìn)行模擬。通常情況下，每一個(gè)墻元之中都存在著6個(gè)自由度，這6個(gè)自由度能夠直接和各個(gè)不同的空間量柱單元進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)合，在過程中不需要進(jìn)行任何的約束條件附加。SATWE自身直接賦予了樓板4種簡化假定模式，也就是假定樓板的整體平面在計(jì)算的過程中，分塊無限剛、平面內(nèi)無限剛、彈性樓板、分塊無限剛帶彈性連接這四個(gè)方面。

5、中短肢剪力墻延性設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

（1）嚴(yán)格對中短肢墻體的軸壓比進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲貏e是端柱、無翼緣等部分的中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。就目前來說，國內(nèi)外在針對這方面進(jìn)行研究的過程中，其結(jié)果都證明了，在具有承受壓彎作用的建立墻體之中，如果說墻體在這一過程中出現(xiàn)了小偏壓狀態(tài)，那么墻體在這一過程中所呈現(xiàn)出來的延性也就無法滿足各個(gè)方面的需求。此外，即便是墻體自身處在一個(gè)大偏壓的狀態(tài)下，如果說其中短肢墻體結(jié)構(gòu)本身的軸壓比過大，那么混凝土受壓區(qū)域的邊緣在這期間所承受的應(yīng)力程度也就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了正常數(shù)值，并且混凝土本身沒有被任何約束或者說所施加的約束力不夠充足，那么混凝土之前在施工過程中所達(dá)到的極限壓，便會(huì)在這一過程中出現(xiàn)應(yīng)變，極易導(dǎo)致墻體之上出現(xiàn)大量的豎向裂縫，嚴(yán)重情況下甚至下會(huì)導(dǎo)致墻體下出現(xiàn)壓碎現(xiàn)象，直接導(dǎo)致墻體構(gòu)件本身在這一過程中喪失了變形的允許范圍以及較高的承載行行能。所以，在這一環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，務(wù)必要針對中短肢體墻的軸壓比進(jìn)行全面的控制，以此來使得墻體自身所呈現(xiàn)出來的延性具有較高的保障。

（2）利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)三維計(jì)算實(shí)措施，來對中中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)所具有的動(dòng)力特性以及桿件內(nèi)力來進(jìn)行全方位的計(jì)算。并且是對于具有薄壁桿模型以及墻元模型的豎向構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算的過程中，必須要將兩種不同的模型形式進(jìn)行組合，才能夠使得計(jì)算的結(jié)果更加的精確，從本質(zhì)上來說，薄壁桿模型精度低，墻元模型精度高，兩者相結(jié)合之后才能夠保證精度完全符合需求。

（3）由于中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對較小，設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時(shí)也形成兩道抗震設(shè)防。

6、結(jié)語

綜上所述，在我國高層建筑的中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，務(wù)必要從布置、計(jì)算、構(gòu)造等幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)探討，尤其是要注意涉及到延性方面的設(shè)計(jì)。就目前高層住宅建設(shè)過程中的各方面情況來看，人們對于住宅結(jié)構(gòu)的應(yīng)用功能要求在持續(xù)不斷的提升，尤其是涉及到結(jié)構(gòu)性能方面，因此，現(xiàn)代高層建筑在進(jìn)行中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，務(wù)必要充分的掌握到中中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)自身各個(gè)方面的特性以及機(jī)理狀態(tài)，最大限度的保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠完全滿足布置形式的需求，這對于我國當(dāng)前的高層住宅建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展來說，起到了極其重要的作用。

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