高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中短肢剪力墻的運用

梁寶怡

（廣東海外建筑設(shè)計院有限公司 廣東廣州 510000）

引言

近年來隨著人們對住宅，特別是小高層及多層住宅平面布置與空間的要求越來越高，原來普通框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是經(jīng)過不斷的實踐和改進(jìn)，以剪力墻為基礎(chǔ)，并吸取框架的優(yōu)點，逐步發(fā)展而形成一種能較好適應(yīng)小高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系，即所謂“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)體系。然而目前的短肢剪力墻普遍抗震性能薄弱，橫向抗受壓能力較小，容易發(fā)生墻體扭曲，造成高層建筑倒塌，所以，應(yīng)該選擇正確的分析軟件，合理分析短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，設(shè)計適當(dāng)?shù)臄?shù)目與布局，逐步改善抗震能力。

1 短肢剪力墻的抗震設(shè)計中存在的問題

1.1 短肢剪力墻數(shù)目設(shè)計不合理

短肢剪力墻屬于新興的小高層、高層建筑形式，部門建筑公司為了追趕時尚、提高建筑的美觀性以及增加建筑建設(shè)的影響力，忽視了短肢剪力墻的橫向抗震壓能力薄弱的特點，會大部分甚至全部應(yīng)用短肢剪力墻，大幅度減掉普通剪力墻的設(shè)計與使用。雖然給建筑施工過程降低了困難程度，也降低了成本，提高了高層建筑的藝術(shù)美感，實現(xiàn)了多重效果的空間設(shè)計，但是，卻導(dǎo)致高層建筑的質(zhì)量難以得到保障，在建筑的質(zhì)量檢測時，容易成為不合格建筑。

1.2 短肢剪力墻的布局不均勻、對稱

高層住房建筑需要牢固的鋼筋混泥土、墻體、主干等的支持，每一層建筑的搭建都要保障重心在限定的位置，才能保證建筑主體的穩(wěn)定性良好，抗震能力較強(qiáng)，但目前存在著短肢剪力墻布局不均勻、不對稱的問題，導(dǎo)致高層住房建筑的重心偏移，且短肢剪力墻過于集中，出現(xiàn)剛性過強(qiáng)現(xiàn)象，影響了高層住房建筑的抗震性能，并限制了短肢剪力墻的發(fā)展，這樣的問題，急需解決與處理。

1.3 短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)計算與分析不科學(xué)

目前，高層住房建筑設(shè)計都基于一定的科學(xué)技術(shù)上，需要掌握基礎(chǔ)的材料測試信息、建筑整體的建設(shè)目標(biāo)，通過科學(xué)軟件進(jìn)行精準(zhǔn)的模擬分析，設(shè)計出具有高水平的設(shè)計圖紙。但是，現(xiàn)在存在著短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)計算不精確、分析軟件選擇不合理等問題。比如，短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計不明確，不具有科學(xué)性，不能合理的設(shè)計短肢剪力墻的厚度、高度等，導(dǎo)致比例不協(xié)調(diào)，建設(shè)的高層建筑整體穩(wěn)定性不好，抗震能力不強(qiáng)，不能在地震災(zāi)區(qū)重建，不利于高層建筑的發(fā)展與進(jìn)步，并且，很有可能存在著安全質(zhì)量問題，有著安全隱患，危害著人們的安全；短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)分析軟件現(xiàn)有TAT和SATWE兩種計算方式，可以通過數(shù)據(jù)的輸入，自動模擬分析短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)與受力的承受能力，但是兩種方式側(cè)重點不同，在短肢剪力墻抗震設(shè)計中，由于軟件的選擇不適當(dāng)，導(dǎo)致短肢剪力墻的分析不全面，不能有效的提升抗震設(shè)計質(zhì)量水平。

2 短肢剪力墻的抗震設(shè)計發(fā)展趨勢

2.1 科學(xué)制定短肢剪力墻的數(shù)目

應(yīng)該掌握國家關(guān)于住房建筑設(shè)計的要求，以及相關(guān)法律法規(guī)與政策，嚴(yán)格遵守要求來設(shè)計與施工，以國家標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計最低基礎(chǔ)，通過精確的科學(xué)分析，適當(dāng)?shù)脑鲈O(shè)短肢剪力墻的數(shù)目，墻肢長度要根據(jù)尺度度量，盡量降低墻體過剛性的程度，防止墻體質(zhì)量水平降低，抗震能力減小，極其容易發(fā)生橫向扭曲與出現(xiàn)裂紋，給后期的善后工作增加負(fù)擔(dān)與經(jīng)濟(jì)損失；或者防止墻體過于柔性，雖然能夠承受較大的側(cè)向力，但是縱向的承載能力會降低，對高層建筑的施工帶來麻煩，容易造成坍塌。所以，要強(qiáng)化短肢剪力墻的抗震設(shè)計理念，不能一味的固守自封而忽視了新興的短肢剪力墻的應(yīng)用與研發(fā)，要正確加強(qiáng)短肢剪力墻的數(shù)目，能夠?qū)⑵胀袅εc短肢剪力墻有機(jī)的結(jié)合與創(chuàng)新，充分的發(fā)揮各項優(yōu)點，從墻體的縱向、橫向加強(qiáng)抗震質(zhì)量水平，提高高層建筑的整體穩(wěn)定性，并合理調(diào)控剪力墻的長短，以適應(yīng)最佳的空間設(shè)計與抗震性能提升方案，合理優(yōu)化資源配置，保障人們的居住安全。

2.2 優(yōu)化短肢剪力墻的布局模式

應(yīng)該加強(qiáng)短肢剪力墻的合理布局意識，不斷提高設(shè)計者的綜合素質(zhì)水平，提高設(shè)計者關(guān)于短肢剪力墻的知識水平，正確選擇短肢剪力墻的應(yīng)用位置，避免集中使用現(xiàn)象出現(xiàn)，導(dǎo)致剛性過強(qiáng)，高層建筑橫向受力能力降低，并且容易使得重心偏移位置，要不斷優(yōu)化短肢剪力墻的布局模式，逐步達(dá)到短肢剪力墻的均勻?qū)ΨQ，保證重心的穩(wěn)固，有效的增強(qiáng)短肢剪力墻的抗震性能與高層建筑的質(zhì)量水平。

2.3 選擇適當(dāng)?shù)挠嬎惴治隹拐鸨∪醪课?/h3>

要改善短肢剪力墻的抗震性能設(shè)計，就要選擇適當(dāng)?shù)亩讨袅Ψ治鲕浖?，結(jié)合短肢剪力墻、普通剪力墻的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行綜合性的分析與比對，發(fā)現(xiàn)短肢剪力墻的抗震薄弱環(huán)節(jié)，并且通過有效的手法進(jìn)行創(chuàng)新與改革，不斷修復(fù)弱點，實現(xiàn)短肢剪力墻抗震性能的提升，以及促進(jìn)高層住房建筑的整體抗震水平提升?；诖耍P者結(jié)合某工程實例利用ABAQUS有限元軟件對一字型短肢剪力墻這種抗震性能較弱的構(gòu)件進(jìn)行抗震分析。

3 短肢剪力墻抗震分析

3.1 工程概況

本工程為某市一房地產(chǎn)公司開發(fā)的商業(yè)住宅樓，該住宅小區(qū)6#樓建筑層數(shù)為十三層，建筑總面積為13394.5m2，結(jié)構(gòu)層高為3m，結(jié)構(gòu)總高40m，防火分類為二類。

3.2 研究目的

通過有限元分析軟件ABAQUS模擬一字形的普通短肢剪力墻在地震荷載作用下的破壞時的應(yīng)力云圖，研究一字形短肢剪力墻抗震性能，為建筑工程設(shè)計提供參考依據(jù)。

3.3 試件參數(shù)

設(shè)計模擬試驗一字形截面。其截面尺寸如圖1所示。抗震等級為二級，軸壓比為0.3，混凝土采用C30，加強(qiáng)部位受力縱筋采用HRB400級，直徑為12mm，箍筋采用HPB300，直徑為8mm，其余縱筋采用HRB400級，直徑為8mm。配箍率為0.56%，約束部位的配筋率為1.3%，其余部位配筋率為0.7%。

3.4 一字型短肢剪力墻計算結(jié)果分析

圖1 一字型短肢剪力墻截面尺寸

由一字形普通短肢剪力墻混凝土的應(yīng)力云紋圖可以看出（圖2），當(dāng)側(cè)移在1.875mm時，墻體加載端與下部固定端部沿對角線方向形成主壓應(yīng)力區(qū)，在墻的加載部位與固定端約束處應(yīng)力較大。在側(cè)移為3.125mm時，混凝土中下部出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。軟化部位混凝土應(yīng)力并不大，在箍筋約束間隔區(qū)，混凝土向外鼓出。在側(cè)移為5mm時，從基礎(chǔ)底部至2/3墻高處，混凝土大部分軟化。在構(gòu)件破壞時，側(cè)移為8mm，混凝土沿墻高方向全部軟化，向厚度方向和截面高度方向鼓出，墻高度降低。

圖2 一字形普通短肢剪力墻混凝土在單調(diào)荷載作用下應(yīng)力云圖

由圖3看可以看出，在側(cè)移為1.875mm時，鋼筋骨架中下部的箍筋、縱筋、分布鋼筋均達(dá)到屈服，此時，鋼筋仍具有一定剛度。當(dāng)側(cè)移為3.125mm時，中下部鋼筋受混凝土變形的影響，起到了約束混凝土軟化變形的作用。同時，屈服區(qū)域增加。當(dāng)側(cè)移達(dá)到5mm時，除上部少部分區(qū)域鋼筋骨架未屈服外，大部分鋼筋屈服，中下部鋼筋產(chǎn)生較大的應(yīng)變。當(dāng)構(gòu)件破壞時，受混凝土變形的影響，箍筋、縱筋和分布由原來的直線變?yōu)閺澱鄯较蚋鳟惖那€。由此可得出結(jié)論：一字形短肢剪力墻混凝土和鋼筋上應(yīng)力分布不均勻，混凝土和鋼筋骨架變形都較大，但是最大側(cè)移只有8mm，故一字形短肢剪力墻的延性較差。

4 結(jié)語

圖3 一字形普通短肢剪力墻鋼筋骨架在單調(diào)荷載作用下應(yīng)力云圖

目前，短肢剪力墻被廣泛應(yīng)用于小高層、高層工程建筑中，滿足了人們對空間的理想化設(shè)計，可以適當(dāng)?shù)母淖兛臻g格局，增強(qiáng)藝術(shù)美感，但是，短肢剪力墻的研究較少，缺乏有效的數(shù)據(jù)支持與改善，所以應(yīng)該不斷加強(qiáng)對短肢剪力墻的測試與完善，加強(qiáng)抗震性能，選擇適當(dāng)?shù)挠嬎丬浖?，分析抗震弱點，增強(qiáng)抗震設(shè)計的水平，科學(xué)、合理的設(shè)計數(shù)目，注意短肢剪力墻的布局均勻性，有效的提升高層建筑的質(zhì)量水平，為人們提供更安全的物質(zhì)基礎(chǔ)保障。

[1]胡克旭，趙志鵬，等.混凝土置換法在某短肢剪力墻高層住宅加固中的應(yīng)用[J].結(jié)構(gòu)工程師，2015，31（6）：172～177.

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