小高層建筑結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的設(shè)計要點(diǎn)分析

石詩慧

摘要：伴隨城市化發(fā)展進(jìn)程的持續(xù)深入，城市中小高層建筑的規(guī)模與日俱增。其中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。本文將從短肢剪力墻的布置數(shù)量角度出發(fā)，對其概念、應(yīng)用優(yōu)勢以及特征等進(jìn)行介紹，同時闡述其構(gòu)造要求，從抗震設(shè)計、短肢剪力墻的選擇應(yīng)用、剪力墻洞的布置以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等層面著手，指出小高層建筑結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的設(shè)計要點(diǎn)，以期為有關(guān)設(shè)計人員提供參考。

Abstract： With the continuous deepening of the urbanization development process， the scale of urban small and medium-sized

high-rise buildings is increasing day by day. Among them， the short-leg shear wall structure has been widely used. This article introduces the concept， application advantages and characteristics of the short-leg shear wall from the perspective of the number of layouts， at the same time explains its structural requirements， from the seismic design， the selection and application of short-leg shear wall， the layout of shear wall holes and structural optimization， ?it points out the design points of short-leg shear wall in small high-rise building structures in order to provide reference for relevant designers.

關(guān)鍵詞：小高層建筑;短肢剪力墻結(jié)構(gòu);設(shè)計要點(diǎn);結(jié)構(gòu)布置;抗震性能

Key words： small high-rise building;short-leg shear wall structure;design points;structure layout;seismic performance

中圖分類號：[TU355] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0157-02

0 ?引言

在如今的小高層建筑當(dāng)中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)極為常見，此結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量能夠?qū)φw結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性產(chǎn)生直接影響。所以，為了確保小高層建筑的安全適用，設(shè)計部門應(yīng)對此結(jié)構(gòu)類型展開全面分析和優(yōu)化，使其能夠與國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合，保證施工得以順利進(jìn)行，最終推動建筑行業(yè)穩(wěn)定、長遠(yuǎn)發(fā)展。

1 ?短肢剪力墻綜述

1.1 概念

對于小高層建筑的平面、空間特殊布局與要求而言，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有重要的作用。伴隨建筑行業(yè)的全面發(fā)展，傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)因?yàn)槭苤朴诮ㄖⅢw空間、露梁及露柱等因素，使得大部分建筑獨(dú)特需要無法被滿足。在研討過程中，廣大設(shè)計人員充分結(jié)合了傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢以及先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，也對優(yōu)化短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計等相關(guān)工作提出進(jìn)一步要求。從實(shí)踐中可知，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)即墻肢體的高度和厚度均小于300mm的結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)各肢橫截面的高度和厚度的最大比值處在4-8范圍內(nèi)，屬于剪力墻結(jié)構(gòu)的一種。然而需要有關(guān)人員注意的是，該結(jié)構(gòu)并不能徹底應(yīng)用于小高層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，實(shí)際設(shè)計過程中需要采用合適的手段以及方法[1]。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢

將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層建筑中，能夠使建筑室內(nèi)空間得到合理拓展，以便滿足居民對于室內(nèi)空間的特殊需求。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具備此類功能的主要原因，便是在展開設(shè)計時，對平面布置因素加以綜合考慮，從而把內(nèi)隔墻當(dāng)作一類特殊建筑構(gòu)件，并且合理地將其應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)而使各相關(guān)構(gòu)件的配置得以有效優(yōu)化。設(shè)計人員在設(shè)計短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的時候，應(yīng)當(dāng)按照此類建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際特征來對短肢剪力墻實(shí)際需要應(yīng)用的數(shù)量進(jìn)行有效控制，并在建模計算時及時調(diào)整剛度與強(qiáng)度，必須對抗側(cè)力要求加以全面掌握，同時按照抗側(cè)力合理布置短肢剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)[2]。

1.3 特征

①在開展短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合隔墻來布置短肢剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件，從而保證對此類結(jié)構(gòu)的可靠連接，進(jìn)而充分發(fā)揮出建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用功能。②在小高層建筑項(xiàng)目的設(shè)計階段，技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合項(xiàng)目具體狀況來判斷短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具體數(shù)量、位置以及長短，另外也應(yīng)當(dāng)采用合理手段來科學(xué)調(diào)節(jié)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，以便保證此結(jié)構(gòu)可以與實(shí)際施工需求相符合。③在布置短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中可知，其靈活性較高，而這便可不斷豐富相關(guān)的設(shè)計施工方案，經(jīng)過篩選、優(yōu)化，得以使此類結(jié)構(gòu)類型獲得更好的安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性。④在將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層建筑當(dāng)中時，可以在很大程度上隱蔽梁柱，傳統(tǒng)長肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢較小。

2 ?短肢剪力墻體系構(gòu)造要求

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)造要求和普通剪力墻結(jié)構(gòu)是一致的。如今在我國此類結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計過程中，一般會以兩類方法設(shè)計短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系端部的暗柱：①將暗柱設(shè)置到端部;②在腹部均勻地配筋。此外，若短肢剪力墻的肢長比較長，便應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置剪力墻的豎向以及水平向的分布筋。需要注意的是，異形柱的配筋方法與腹部的均勻配筋較為相似，因此可以設(shè)置腹部鋼筋面積為豎向分布筋，隨后在端部放置計算所得暗柱鋼筋的面積。

設(shè)計人員應(yīng)該對短肢剪力墻連梁斜截面的抗剪極限承載力以及正截面的極限承載力等展開計算。如今，正截面的極限承載力計算主要采用的方法為全過程分析法。同時，短肢剪力墻連梁正截面的配筋應(yīng)該根據(jù)矩形截面構(gòu)件展開計算，主要是取梁下筋和上部配筋較大值，隨后根據(jù)對稱配筋將其放置到梁截面的下部與上部，進(jìn)而結(jié)合斜截面的抗剪極限承載力計算箍筋，并沿連梁的全跨進(jìn)行加密設(shè)置。除此之外，在抗震設(shè)計連梁結(jié)構(gòu)的時候，需要塑性調(diào)幅其彎矩。在降低部分連梁的上部彎矩設(shè)計值之后，還需要及時加大連梁下部彎矩設(shè)計值。

3 ?小高層建筑結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的設(shè)計要點(diǎn)

3.1 抗震設(shè)計

3.1.1 振型數(shù)相關(guān)要求

在實(shí)際設(shè)計中，從根本上需要確保的相關(guān)要求為：振型的參與質(zhì)量超過總質(zhì)量的90%。其中，結(jié)構(gòu)的形式及其層數(shù)將決定振型數(shù)，即振型數(shù)會在整體剛度有較大的突變或者結(jié)構(gòu)本身擁有較大的剛度時取值較大。

3.1.2 連梁剛度的折減

在小高層建筑當(dāng)中，其連梁屬于一類耗能型的建筑構(gòu)件，一旦剪切破壞連梁將會降低結(jié)構(gòu)延性，這對建筑抗震是極為不利的，因此在設(shè)計過程中需要根據(jù)強(qiáng)剪弱彎的延性需求原則來計算連梁剛度。在設(shè)計小高層建筑結(jié)構(gòu)的時候，連梁剛度出現(xiàn)一些降低是被允許的，在相應(yīng)設(shè)計程序當(dāng)中，對開裂后連梁的剛度情況加以反映的主要是連梁剛度的折減系數(shù)。需要注意的是，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)當(dāng)中，其墻肢有著較小的剛度，而對各個墻肢加以連接的梁和傳統(tǒng)框架梁較為相似，但是和普通剪力墻之間連梁有所不同，所以不可在對總體信息加以計算時大幅度下調(diào)連梁剛度，進(jìn)而降低其設(shè)計內(nèi)力。需要根據(jù)傳統(tǒng)框架梁相應(yīng)要求對混凝土受壓區(qū)的高度進(jìn)行控制，在削弱其對應(yīng)梁端的負(fù)彎矩鋼筋時，應(yīng)該考慮塑性因素進(jìn)行70%、80%的調(diào)幅。

3.1.3 抗震構(gòu)造的重要設(shè)計參數(shù)

對于短肢剪力墻的底部加強(qiáng)部位，應(yīng)調(diào)整剪力設(shè)計值，剪力增大系數(shù)一級取1.6，二級取1.4，三級取1.2，其他各層一、二、三級時剪力設(shè)計值的增大系數(shù)分別為1.4、1.2、1.1。同時，需要確保短肢剪切墻的截面厚度不小于200mm。在考慮抗震構(gòu)造的時候，需要確保底部超過1.2%的配筋率，而其余部分超過1%的配筋率[3]。

3.1.4 布置結(jié)構(gòu)注意事項(xiàng)

將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層建筑當(dāng)中時，應(yīng)該結(jié)合對應(yīng)圖紙中的相關(guān)要求，對該剪力墻加以合理的、均勻的布置，另外墻體軸向壓力需要在特定范圍中得以控制，嚴(yán)禁出現(xiàn)過大的差值。需要注意的是，在展開豎向布置時，需要盡量保證上下墻肢對齊，最大限度地使結(jié)構(gòu)受力連續(xù)。應(yīng)確保洞口位置準(zhǔn)確，設(shè)置連梁后使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力得以提高，進(jìn)而全面提升短肢剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整體抗震性能。

3.2 短肢剪力墻選擇應(yīng)用

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)并非可以被應(yīng)用于所有小高層建筑當(dāng)中，因此在設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)確保傳統(tǒng)剪力墻和短肢剪力墻搭配設(shè)計的方式，而這兩種剪力墻可以一同抵御水平地震作用。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)若建筑高度不超過100m，在抗震設(shè)計時高厚比宜為7。

3.3 剪力墻洞的布置

①必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洞口的位置。若想確保剛度間距和墻肢洞口不會過大，則需要把洞口設(shè)計成排狀或者列狀，使應(yīng)力的分布規(guī)則得到有效保障，并且確保連梁和墻肢傳力路徑明晰。②如果在設(shè)計過程中應(yīng)用錯洞剪力墻以及疊合錯洞墻，由于其沒有適當(dāng)?shù)亩纯诰嚯x，極易出現(xiàn)不規(guī)則的墻肢，加之構(gòu)造布局與應(yīng)力較為復(fù)雜，洞口便會存在薄弱處，因此應(yīng)當(dāng)最大限度地確保不在這些洞口位置設(shè)置剪力墻，另外在工程需要的時候，還應(yīng)加強(qiáng)疊合洞口，填充洞口時應(yīng)選擇輕質(zhì)的材料。③在設(shè)計洞口的時候可以運(yùn)用更為精準(zhǔn)的方法加以分析，同時采用更多有限元軟件分析模型，從而可靠處理大部分不規(guī)則的開洞。

3.4 優(yōu)化短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的主要思路

①在展開抗震設(shè)計的時候，相比于結(jié)構(gòu)總體傾覆力矩，剪力墻與筒體承受的第一振型下底部地震傾覆力矩應(yīng)超過一半。②需要重新調(diào)整底部以及其余各層剪力設(shè)計值，其中包括了抗震設(shè)計以及非抗震設(shè)計過程，以防在水平作用之初便剪壞短肢剪力墻，同時需要保證短肢剪力墻不小于200mm的截面厚度。③若想使短肢剪力墻延展性能得以有效改善：一級抗震等級時，各層短肢剪力墻軸壓比在重力荷載代表值作用之下不會超過0.5。二級與三級抗震等級時，各層短肢剪力墻軸力值的最高軸壓比應(yīng)低于0.6和0.7。對于一字形短肢剪力墻而言，特別是在其無翼緣與端柱時，由于其延性更差，因此需要將軸壓比限值另外降低0.1。④對剪力墻需要強(qiáng)化的部位加以確定之時，應(yīng)關(guān)注剪力墻頂層以及樓梯電梯間墻等部位，以及結(jié)構(gòu)塑性鉸的部位。⑤應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大加強(qiáng)范圍，在一般情況下，若剪力墻結(jié)構(gòu)超過150m，最合適的強(qiáng)化位置高度應(yīng)位于整體墻肢的10%處。為了充分提升建筑整體抗震性能，需要重點(diǎn)關(guān)注墻體強(qiáng)化部位、控制肢長、抗震構(gòu)造要求等。

4 ?結(jié)合實(shí)例對比經(jīng)濟(jì)性分析

某項(xiàng)目總計有11層層數(shù)，總高度31.9m，每層層高標(biāo)準(zhǔn)為2.9m。與普通剪力墻的設(shè)計方案為對比基礎(chǔ)，改變墻肢的長度，讓短肢剪力墻結(jié)構(gòu)承受傾覆力矩的比例變化，按照結(jié)構(gòu)承擔(dān)底部傾覆力矩在總地震傾覆力矩中占比劃分的三種方案，占比分別是31%、39%和48%。對比四種方案造價可知，其單層土建總造價分別為64.11萬元、61.19萬元、61.36萬元以及61.28萬元，占比為31%的方案造價最低。由此可見，短肢剪力墻比普通剪力墻經(jīng)濟(jì)性更高，另外在底部傾覆力矩在總地震傾覆力矩中占比提升的過程中會使總造價上升。

5 ?結(jié)論

總之，將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，可以使建筑結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度以及剛度得到保障，同時這也與項(xiàng)目設(shè)計施工相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相符合，能夠在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全的基礎(chǔ)上提升小高層建筑的美觀與整體性。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)依然存在一些缺陷，因此，有關(guān)人員必須嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范要求，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性、適用性與經(jīng)濟(jì)性，以便從源頭保證項(xiàng)目的最終質(zhì)量。

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