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

李寧

黑龍江中古建筑節(jié)能科技股份有限公司

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

李寧

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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)等多個方面進行了全面詳細的探討，尤其是對于其中的剪力墻結(jié)構(gòu)延性設(shè)計進行了探討，以期為我國實高層建筑住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展作出貢獻。

中短肢剪力墻；小高層住宅；設(shè)計

1、前言

近幾年來，在經(jīng)濟水平不斷提升，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)計進行了全面詳細的探討。

2、中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點

(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)的計算分析

對中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，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算模型更符合實際情況，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來計算。

4.1 TAT

TAT軟件在實際執(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行了計算，同時還對于梁柱之中所存在的空間桿系原理進行了全面詳細的計算。在實際利用TAT進行計算的過程中，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)各個方面進行全方位的簡化；通常情況下，在對多肢剪力墻進行延性計算的過程中，一般都是直接使用剪力墻開洞的措施來進行處理，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)。當剪力墻本身在進行開動處理之后，其洞口上下兩個不同的余下部分，可以直接是用TAT的梁單元來進行延性的模擬計算。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行假定設(shè)計，也就是假定平面內(nèi)部剛度無限大，而外部剛度為零的計算模式。在這一假定模式之下，規(guī)則的樓板結(jié)構(gòu)在進行計算之后，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)進行體系計算的工作上。SATWE在實際運行的過程中，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，還能夠較為良好的針對剪力墻實際受力狀態(tài)進行模擬。通常情況下，每一個墻元之中都存在著6個自由度，這6個自由度能夠直接和各個不同的空間量柱單元進行相應(yīng)的結(jié)合，在過程中不需要進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方面。

5、中短肢剪力墻延性設(shè)計應(yīng)注意的問題

(1)嚴格對中短肢墻體的軸壓比進行適當?shù)目刂?，特別是端柱、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方面的需求。此外，即便是墻體自身處在一個大偏壓的狀態(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)力程度也就遠遠超出了正常數(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到的極限壓，便會在這一過程中出現(xiàn)應(yīng)變，極易導(dǎo)致墻體之上出現(xiàn)大量的豎向裂縫，嚴重情況下甚至下會導(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)進行設(shè)計的過程中，務(wù)必要針對中短肢體墻的軸壓比進行全面的控制，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)代化的計算機三維計算實措施，來對中中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)所具有的動力特性以及桿件內(nèi)力來進行全方位的計算。并且是對于具有薄壁桿模型以及墻元模型的豎向構(gòu)件進行計算的過程中，必須要將兩種不同的模型形式進行組合，才能夠使得計算的結(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)計時宜布置適當數(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)進行設(shè)計的過程中，務(wù)必要從布置、計算、構(gòu)造等幾個方面進行設(shè)計探討，尤其是要注意涉及到延性方面的設(shè)計。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)代高層建筑在進行中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，務(wù)必要充分的掌握到中中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)自身各個方面的特性以及機理狀態(tài)，最大限度的保證結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠完全滿足布置形式的需求，這對于我國當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。

[1]張王送.中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計[J].安徽建筑，2005.12(6)

[2]JGJ5-2002.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]

[3]于群.小高層住宅中中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)用[J].中國科技信息，2005.(19A)