短肢剪力墻在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究

李明燕

摘要：本文主要結(jié)合短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的含義，簡要分析了其結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，并且詳細(xì)分析了短肢剪力墻在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；短肢剪力墻；優(yōu)點

前言

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)就是指剪力墻結(jié)構(gòu)中存在比較多的短肢剪力墻的情況，就是一種由短肢剪力墻構(gòu)成建筑其他部分，剪力墻薄壁簡體構(gòu)成結(jié)構(gòu)平面中部的結(jié)構(gòu)模式。它一般具有四個特點：第一，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的梁是連接建筑內(nèi)各面墻的，建筑實施時可以設(shè)計在間隔墻的縱向平面里面，節(jié)省空間。第二，可以根據(jù)抗側(cè)力來適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中墻的規(guī)模和數(shù)量，設(shè)計靈活科學(xué)。選擇方案也是多樣化的，人們的選擇可以個性化，并且處理樓蓋支承的方法也相對簡單。第三，為了能夠滿足建筑平面的強(qiáng)度及剛度的要求，主要抗側(cè)力構(gòu)件使用了中心剪力墻。第四，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)并不會破壞、影響建筑的使用功能，相反能夠合理有效的與建筑平面相融合，利用間隔墻的位置安置豎向構(gòu)件。

一、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

1.可以滿足建筑功能的需要

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是在原有的普通剪力墻結(jié)構(gòu)上發(fā)展起來的，因此，它仍然具有與普通剪力墻一樣的，分隔和限定建筑空間的功能。不同的是，短肢剪力墻墻肢的厚度和填充墻的厚度相同，且連接建筑室內(nèi)每一面墻的露梁位置處于隔墻的豎向平面內(nèi)，這樣的連接方式可以有效避免梁柱突出墻面，降低室內(nèi)墻體結(jié)構(gòu)的美觀度；其次，短肢剪力墻所采用的建筑材料是輕質(zhì)型材料，完全符合新時期下建筑墻體的改革方向；最后，在小高層建筑中使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上擴(kuò)大建筑的室內(nèi)面積和使用面積。

2.可以滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要

對于樓層數(shù)量12層到16層之間的小高層建筑來說，采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)既可以有效保證建筑結(jié)構(gòu)的剛度，又可以使得室內(nèi)空間方正合理，并且在一定程度上擴(kuò)大建筑的使用空間。這些優(yōu)點都是因為短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計上與普通的剪力墻結(jié)構(gòu)不同。那么，斷肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計上到底具有什么樣的特點呢？ 筆者對此作出以下分析。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層建筑時，相比于框架--抗震墻，它的結(jié)構(gòu)布置更加靈活而巧妙。因為，在短肢剪力墻體系中，其墻肢和露梁都可以隱蔽在建筑墻體中，其墻肢的數(shù)量和長度都可以根據(jù)建筑抗側(cè)力的具體需要而定，長度可長可短，數(shù)量也可多可少。這樣的設(shè)計優(yōu)勢是一般的框架--抗震墻體系無法比擬的。其次，短肢剪力墻與普通的剪力墻相比，它能夠避免鋼筋材料的浪費。在傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中，往往會發(fā)生由于剪力墻的墻體過長而不符合建筑結(jié)構(gòu)的要求，造成配筋的浪費，但在短肢剪力墻施工中，則不會出現(xiàn)這種情況；最后，斷肢剪力墻可以降低建筑主體結(jié)構(gòu)的重量，從而降低建筑地基基礎(chǔ)的造價，為企業(yè)節(jié)省相關(guān)的建筑施工成本。除了以上所說的優(yōu)點之外，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)還能夠保證建筑主體結(jié)構(gòu)能夠具有一定的延展性，避免連梁的剪切破壞；如果施工得體，還可適當(dāng)提高建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震等級；具有良好的承載能力和抗測力能力等等。

二、民用建筑中短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1. 短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)布置

（1）較大程度化地均勻布置短肢剪力墻的縱向及橫向構(gòu)件，將其軸向應(yīng)力集中在平均值左右，不應(yīng)該波動太大。（2）合理設(shè)計短肢剪力墻的墻肢間距，為了滿足平面剛性強(qiáng)度的要求和強(qiáng)化建筑整體性，角點處、平面外邊緣，尤其注意外凸位置都有必要設(shè)計布置短墻肢，這樣不僅能夠削弱分散荷載，還能加強(qiáng)梁的支撐力（兩根連梁之間的墻）。（3）通常每面短肢墻連結(jié)兩個不同方向的梁，并且連梁布置在墻肢的縱平面是最為合理的。連梁的寬度通常與墻肢的厚度一致；墻肢一般選擇使用200mm、250mm、300mm這些適中的厚度；也可以組合布置矩形柱或者一些較長的墻。（4）短肢墻的數(shù)量不宜太多或太少，結(jié)構(gòu)的剛度也要適中，必須能適應(yīng)縱向荷載和抗側(cè)力要求。（5）每道短肢剪力墻都盡可能拉直且對整齊，與連梁一起形成整片的聯(lián)肢墻來提高抗側(cè)力。

2.短肢剪力墻在設(shè)計時應(yīng)注意的問題

首先，因為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的剛度強(qiáng)度比一般剪力墻結(jié)構(gòu)的相對較小，所以設(shè)計時應(yīng)該布置適量的長墻，或者利用樓梯間、電梯構(gòu)成剛度較大的內(nèi)筒，防止設(shè)防烈度下的結(jié)構(gòu)變形，也構(gòu)成了兩道抗震設(shè)防。其次，短肢剪力墻在設(shè)計時要嚴(yán)格控制短肢墻的軸壓比。有研究表明，在小偏壓的狀態(tài)下剪力墻的延展性比較差，如果混凝土的約束力不強(qiáng)，可能會導(dǎo)致縱向裂縫的出現(xiàn)，甚至在壓碎時，使構(gòu)件失去承載和變形能力。因此，規(guī)范對剪力墻的變性能力規(guī)定了軸壓比的限值，也要求應(yīng)按混凝土壓應(yīng)變大小設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的設(shè)計方案，來確保改善短肢墻的延展性。第三，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動力特性分析和桿件內(nèi)力計算時，應(yīng)該使用三維計算方法。此時的豎向構(gòu)件有簡化的薄壁桿模型和高精度力學(xué)的墻元模型。薄壁桿模型的精確度相對較低；墻元模型是板元與膜元的組合。第四，短肢剪力墻是通過連梁來連接各墻肢的，加強(qiáng)了墻肢的約束，增加了墻肢和結(jié)構(gòu)的抗震性。結(jié)構(gòu)總體抗側(cè)剛度受到連梁剛度變化的影響，因此合理選擇配筋和梁截面能夠增加結(jié)構(gòu)的抗震能力。設(shè)計連梁時要遵照強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁的原則，防止連梁剪切破壞。連梁剛度的逐步增大會使結(jié)構(gòu)地震作用明顯增大，最終導(dǎo)致墻肢內(nèi)力和連梁的增大。這就要求必須增加構(gòu)件的配筋量，在建筑的實際實施中，不宜采用窗下墻作為連梁，其高度很大，易造成剛度較大的剪切塊，對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計有不利影響。因此，連梁設(shè)計最好是剛度、截面較小的弱連梁。

三、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例

某住宅樓，主體結(jié)構(gòu)地上18層地下1層，建筑面積約13000m2， 為達(dá)到降低成本的目的，結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要對結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在保證結(jié)構(gòu)體系安全可靠的前提下，降低主體結(jié)構(gòu)含鋼量。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計者做了以下兩個結(jié)構(gòu)方案，通過比較，從中優(yōu)選出最優(yōu)方案。

方案一： 筒體與短肢剪力墻結(jié)合使用。"筒體"是指： 以樓梯間、電梯間四周墻體組成鋼筋混凝土核心筒。筒體承受主要水平力。

本方案結(jié)合建筑平面布置豎向構(gòu)件，剪力墻的布置與墻肢長度根據(jù)數(shù)值模擬的計算結(jié)果進(jìn)行多次調(diào)整，主要視抗側(cè)力的需要以及軸壓比的限值而定，并通過調(diào)整剪力墻布置以調(diào)整整體剛度和剛度中心的位置；數(shù)值模擬計算采用三維有限元分析軟件PKPM結(jié)構(gòu)軟件。在水平力作用下結(jié)構(gòu)各層的位移角，可見結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能滿足要求。相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由于減少了剪力墻數(shù)量，結(jié)構(gòu)自重降低，整體剛度也適當(dāng)降低，地震響應(yīng)減弱，有利于基礎(chǔ)設(shè)計，同時也降低了工程造價。

方案二： 普通剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑要求和一般原則設(shè)置剪力墻，保持結(jié)構(gòu)剛度在平面上分布的均勻性，有條件的盡量使剪力墻對稱布置#剪力墻構(gòu)件通過梁板的連接形成整體抗側(cè)力強(qiáng)度和剛度很高的體系#若房屋高度不大，會因剛度過大使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)加劇，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大，使造價提高并且對結(jié)構(gòu)安全不利，并非是理想的方案。數(shù)值模擬計算采用PKPM-SAT-WE結(jié)構(gòu)軟件。

通過以上兩種方案計算結(jié)果的對比發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)受力情況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩個方面，第一方案均優(yōu)于第二方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]王燕飛.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探析.四川建筑，2000.

[2]倪薇.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在"小高層"中的應(yīng)用.住宅科技，2000.