現(xiàn)代高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

王瑋

摘要：現(xiàn)代住宅設(shè)計(jì)要求開(kāi)間大，平面及房間布局靈活、方便，而且室內(nèi)不能見(jiàn)柱楞、不露梁等。在現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范或設(shè)計(jì)規(guī)程中還沒(méi)有給出有關(guān)異形柱和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，因此，工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中常常無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可循，這就需要設(shè)計(jì)人員擁有長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，利用正確的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵字：短肢 剪力墻 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、引言

近年來(lái)，隨著人們對(duì)住宅，特別是小高層及多層住宅平面與空間的要求越來(lái)越高，原來(lái)普通框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對(duì)住宅空間的要求。"短肢剪力墻結(jié)構(gòu)"這種新的高層住宅結(jié)構(gòu)體系由于克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，有利于住宅建筑布置，結(jié)合住宅建筑平面開(kāi)問(wèn)小、進(jìn)深小及層高低的特點(diǎn)，又可進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重，逐漸得到了推廣應(yīng)用，并廣泛受到建筑師和業(yè)主的歡迎。

二、短肢剪力墻設(shè)計(jì)要求

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為4～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。當(dāng)截面高度與厚度之比小于3時(shí)，應(yīng)按柱計(jì)算（當(dāng)形成異型柱時(shí)，則應(yīng)按異型柱的要求設(shè)計(jì)，但高層建筑中不允許采用異型柱框架結(jié)構(gòu)），至于剪力墻高度與厚度之比大于3、又小于4的剪力墻，實(shí)際上也是短肢剪力墻，由于它們更弱，可以提出不宜采用小于4的墻肢，對(duì)這種小墻肢的軸壓比應(yīng)修予更嚴(yán)格的限制，因此即使采用短肢剪力墻，也要盡可能使墻肢截面高度與厚度之比大于4。

三、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置

1、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、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、短肢剪力墻肢間距不宜過(guò)大，在平面外邊緣及角點(diǎn)處，特別是外凸部分，布置必要的短肢墻，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、各短肢剪力墻應(yīng)盡量對(duì)齊并拉直，與連梁一起構(gòu)成成片的聯(lián)肢墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。

5、每道短肢墻宜與兩個(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(guò)厚，以采用200 mm、250 mm或300 mm為宜；可以混合布置部分較長(zhǎng)的墻或矩形柱。

6、小高層建筑外圍部分的豎向構(gòu)件根據(jù)受力的需要和建筑平面布置，設(shè)置適量的鋼筋混凝土短肢剪力墻，在各短肢剪力墻的墻肢間布置連系梁，把這些短肢墻以及核心筒連成一個(gè)整體，構(gòu)成整幢建筑的結(jié)構(gòu)體系。

四、結(jié)構(gòu)布置中需注意的問(wèn)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(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、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。

4、抗震設(shè)計(jì)時(shí)，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)全部采用短肢剪力墻；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，不宜布置短肢剪力墻，不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用具有校多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：1在規(guī)定的水平地震作用下，短肢墻承擔(dān)的底部?jī)A覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的50%。2房屋適用高度應(yīng)比高規(guī)表中剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度適當(dāng)降低，7度、8度（0.2g）和8度（0.3g）時(shí)分別不應(yīng)大于100m、80m和60m。

五、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析

對(duì)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(kāi)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(guó)內(nèi)大多采用中國(guó)建研院系列軟件中的TAT和SATWE來(lái)計(jì)算。

1、TAT

TAT軟件采用的是三維空間模型，對(duì)剪力墻采用薄壁柱單元計(jì)算原理，對(duì)梁柱采用空間桿系計(jì)算原理。在TAT計(jì)算中，為了使結(jié)構(gòu)受力更合理，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算簡(jiǎn)化；對(duì)多肢剪力墻計(jì)算最常用的手段是按剪力墻開(kāi)洞的辦法進(jìn)行，開(kāi)洞應(yīng)上下對(duì)齊，減少上下偏心。剪力墻開(kāi)洞后，洞口上下剩余部分TAT用梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬。開(kāi)洞主要是為了把剪力墻簡(jiǎn)化為符合薄壁柱的計(jì)算模型，同時(shí)使簡(jiǎn)化后的剪力墻的受力更為明確。TAT中樓板采用剛性樓板假定，即平面內(nèi)剛度無(wú)限大，平面外剛度為零。此假定對(duì)規(guī)則結(jié)構(gòu)即樓板無(wú)大開(kāi)洞且板厚不大的常規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算誤差很小。

2、SATWE

SATWE是專門為多高層建筑結(jié)構(gòu)分析而研發(fā)的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，適用于各種復(fù)雜體型的高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系計(jì)算。SATWE是以殼元理論為基礎(chǔ)構(gòu)造一通用的超單元墻元為模擬剪力墻，它不僅具有平面內(nèi)剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬剪力墻的受力狀態(tài)。而且墻元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有空間6個(gè)自由度，可方便地與任意空間梁柱單元連接，無(wú)需任何附加約束。SATWE給樓板4種簡(jiǎn)化假定，即假定樓板整體平面內(nèi)無(wú)限剛、分塊無(wú)限剛、分塊無(wú)限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。

六、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制

墻身超厚主要是因?yàn)槟０寰臀徽{(diào)整不認(rèn)真，穿墻螺桿沒(méi)有全部穿齊、擰緊，模板斜撐加固不到位等造成的；混凝土墻體表面粘結(jié)是因模板清理不好，模板劑涂刷不勻、漏刷，以及拆模過(guò)早等造成的；漏漿的產(chǎn)生主要是因?yàn)槟０迤囱b時(shí)縫隙過(guò)大，固定措施不牢固，有時(shí)也與混凝土坍落度有關(guān)；墻體爛根現(xiàn)象近年來(lái)有所減少，可能與重視程度有關(guān)，原因主要還是模板下口縫堵不嚴(yán)、固定不牢，施工縫處理不好、夾有雜物，澆筑混凝土?xí)r未按要求先澆一層10-100mm厚與墻體混凝土同等級(jí)的減石砂漿等；門窗洞口混凝土變形的主要原因是側(cè)模板的組裝與大模板的固定不牢固，混凝土澆搗時(shí)洞口兩側(cè)混凝土未做到對(duì)稱、均勻澆筑、振搗，造成混凝土沖擊洞口模板。

七、總結(jié)

高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：短肢剪力墻較多時(shí)，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)；其次，具有較短肢剪力墻的墻的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度應(yīng)比規(guī)范中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低，7度、8度（0.2g）和8度（0.3g）抗震設(shè)計(jì)時(shí)分別不應(yīng)大于100m、80m和60m；第三，對(duì)于B級(jí)高度高層建筑和9度抗震設(shè)計(jì)的A級(jí)高度高層建筑，即使設(shè)置筒體，也不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；第四，如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，不屬于這種短肢剪力墻與筒體共同工作的剪力墻結(jié)構(gòu)。