淺析高層住宅建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計

王紹君

摘要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程也不斷加快，建筑行業(yè)已然成為社會發(fā)展中的支柱產(chǎn)業(yè)，高層建筑不斷涌現(xiàn)。在實際工作中，由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有靈活性大、成本低等優(yōu)點，因此在高層住宅建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過某工程實例，淺要闡述了短支剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑中的延性設(shè)計與應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：高層住宅建筑；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；延性設(shè)計

近年來，人們的生活水平與生活質(zhì)量得到了顯著的提高，對于高層住宅建筑的平面與空間也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的普通框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能夠滿足當前建筑行業(yè)的快速發(fā)展，因為這些都會在一定程度上限制建筑空間的設(shè)計。因此為了避免這一問題，施工人員開始講短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用在其中，這種結(jié)構(gòu)相對于前兩者具有很大的優(yōu)越性，不僅能夠滿足人們對建筑空間的要求，還可以有效的減輕結(jié)構(gòu)的自重，受到了業(yè)界人士的廣泛關(guān)注，具有較廣的發(fā)展前景。

一、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的概述

如果剪力墻的墻肢截面高度與厚度之比為5～8，那么我們就稱其為短肢剪力墻；當剪力墻的斷肢截面高度與厚度之比不小于8，那么我們稱其為一般剪力墻，這種剪力墻的設(shè)計形式主要有“L”型、“一”字型、“Z”型等，在實際工作中，施工人員必須要每一種型式加以分析，例如由于“一”字型剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能相對較差，因此設(shè)計者應(yīng)慎用。而相對于一般剪力墻結(jié)構(gòu)而言，短肢剪力墻具有很大的優(yōu)越性，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）正因為剪力墻的墻肢相對較短，因此在實際施工過程中，它更能夠保證建筑的均勻性與對稱性，通過短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計有利于提高建筑的剛度與抗震能力；2）通過短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，當高層住宅建筑在地震作用下會自動降低其剛度，從而加大其自振周期，這樣也就可以避免地震對建筑物的影響，提高其抗震性能；3）在地震作用下，短肢剪力墻的墻肢會呈受彎狀態(tài)，使得墻體具有較大的延性，由于建筑物中連梁的跨高較大，因此建筑物可以在保證其整體剛度的基礎(chǔ)上降低連梁的剛度，從而避免地震對建筑物造成的破壞，提高連梁的延性；4）與一般剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的是，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工中所采用的材料時自重較輕的材料，并且可以減少鋼筋的使用，一方面使結(jié)構(gòu)的承載力得到了充分的發(fā)揮，另一方面降低了結(jié)構(gòu)的施工成本，提高了其經(jīng)濟效益。

二、案例分析

1、工程概況

某高層住宅小區(qū)是由5幢高為99m的高層建筑構(gòu)成，該高層建筑工程的結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積達到106181.4m2，分為地上33層與地下1層。其中地上結(jié)構(gòu)的總建筑面積為90700m2，第一層層高為4.1m，其余標準層層高為2.8m與夾層層高為2.5m；地下結(jié)構(gòu)的總建筑面積為15481.4m2。在本建筑工程施工過程中，我們需要了解到的是：安全等級為二級，抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)防為7度，地面粗糙度為B類，場地土類別為Ⅱ類。為了使建筑工程達到這一要求，因此我們所選用的混凝土強度等級為C40，在第十三層以上，選用混凝土強度等級應(yīng)為C35，其中在對梁板澆筑混凝土的過程中，要求采用的混凝土等級為C35，在其十三層以上，應(yīng)選用強度等級為C30的混凝土進行澆筑與使用。下文以該建筑為例，淺要闡述短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計。

2、結(jié)構(gòu)平面布置分析

在高層建筑施工過程中，如果我們不考慮其他因素，那么短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計之后無法保證其抗震性能。因此我們必須要加以重視建筑工程的平面布置，采取有效措施提高建筑工程的抗震能力與承載力。

（1）在對本建筑工程進行設(shè)計的過程中，設(shè)計者應(yīng)嚴格遵循均勻性與對稱性的基本原則，使建筑中兩個主軸相互對稱，使其剛度相近，避免高層建筑因地震作用而出現(xiàn)脆性破壞，提高其抗震性能。

（2）在房間、電梯間、樓梯間的四角，采用z形、L形、T形或異形的墻肢。短肢墻受力以承擔豎向荷載為主，承擔水平荷載為輔，其截面尺寸不應(yīng)小于200mm，全部縱向鋼筋配筋率，底部加強區(qū)不宜小于1.2%，其它部位不于小于1%。本工程墻肢采用300mm厚，截面高厚比大于5，墻肢之間的梁凈跨控制在6.0m以內(nèi)，避免因梁高偏大而影響室內(nèi)凈高，提高剪力墻的延性。同時滿足“簡體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%”的要求，使部分墻肢截面高厚比大于8，使之成為一般剪力墻，非加強區(qū)則可視情況將墻肢長度適當減小。

（3）結(jié)構(gòu)布置上考慮縱橫墻的共同作用，每道短肢剪力墻采用兩個方向的梁與之相接連，連梁盡可能布置在墻肢的豎向平面內(nèi)。短肢剪力墻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)。

（4）利用樓梯、電梯間部位作為主要抗側(cè)力筒體結(jié)構(gòu)，注意到剛度的均衡性，避免集中在一處布置使建筑產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時簡體要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過小，本工程采用6.9mX8.15m的尺寸，使簡體一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%，形成多道抗震防線。

（5）為確保水平力的可靠傳遞，適當加厚與剪力墻核心區(qū)周邊連接樓板，采用160mm厚雙層雙向配筋12@100樓板，雙層鋼筋間設(shè)置S形8@200x200的拉筋。與核心筒相連的連梁按強剪弱彎設(shè)計，短肢墻之間的梁凈跨不宜過小，使其具有一定的耗能作用。

3、連梁

高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個耗能構(gòu)件。在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度相對減小，連接各墻肢間的粱已類似普通框架梁，連梁的剪切破壞會使結(jié)構(gòu)的延性降低，對抗震不利，而不同于一般剪力墻間的連梁，不應(yīng)將連梁的剛度大幅下調(diào)，使其設(shè)計內(nèi)力降低。因此，本工程設(shè)計時注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的彎曲破壞先于剪切破壞。

當連梁內(nèi)力由風荷載控制或跨高比不小于5的連梁應(yīng)按框架梁考慮，連梁的剛度折減系數(shù)也不宜太小。應(yīng)按普通框架粱要求，控制混凝土壓區(qū)高度，其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70～80%來解決，不能人為加大連梁的縱筋，否則，可能無法滿足“強剪弱彎”的要求。應(yīng)注意的是，不能認為加大箍筋就能保證“強剪弱彎”，當連梁不滿足截面控制條件時，盲目增加配箍的結(jié)果會導致箍筋充分發(fā)揮作用之前，連梁就已發(fā)生剪切破壞。在地震區(qū)不宜采用剛度很大的連梁，當無法避免時，如地下室和地上一層一般層高較標準層高，必要時可在連梁中設(shè)水平縫，或設(shè)置交叉鋼筋可有利于防止連梁脆性破壞。

另外，連粱與暗柱交接節(jié)點處鋼筋體積量的增大，鋼筋分布的不規(guī)則，很大程度上影響混凝土與鋼筋協(xié)同工作的機理，嚴重時會使節(jié)點處抗震驗算計算模型的適用性發(fā)生變化，驗算結(jié)果可靠性會降低，設(shè)計時應(yīng)給予重視，并采取相應(yīng)的構(gòu)造補強措施。該區(qū)域的鋼筋排布密集，鋼筋占據(jù)著很大的空間且分布雜亂，施工振搗困難，容易發(fā)生不密實而使混凝土強度降低，這也是發(fā)生剪切破壞的主要成因，施工時候應(yīng)加大施工管理力度，保證混凝土的振搗質(zhì)量。

三、結(jié)論

在高層住宅建筑工程設(shè)計過程中，由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有較大的靈活性，可以對建筑進行一定的調(diào)整，使其具有較高的承載力與抗震能力，因此相對于一般剪力墻結(jié)構(gòu)而言，它具有明顯的優(yōu)越性，受到了業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。但是在實際工作中，設(shè)計者必須要對該結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念加以掌握與熟悉，將延性設(shè)計充分考慮在其中，這樣才能夠保證建筑工程設(shè)計的合理性，才能夠提高建筑的抗震能力，使建筑工程達到安全性與經(jīng)濟性的目的。

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