對于高層房屋短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

■閆紅玉 ■江蘇省蘇中建設(shè)集團(tuán)股份有限公司上海建筑設(shè)計分公司，上海 200072

短肢剪力墻是指剪力墻的截面高度不大于300 毫米，各剪肢中橫截面高度與厚度的比值在4 與8 之間的剪力墻。隨著時代的高速發(fā)展，對于普通剪力墻在使用的過程中表現(xiàn)出的墻體厚重、柱子外凸的問題，致使其已無法滿足人們對住宅空間和建筑美觀的需求。短肢剪力墻不僅融合了傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢而且又滿足了人們對建筑空間的需求，因此使其在剪肢墻的應(yīng)用中一躍而出，被廣泛應(yīng)用在高層建筑中。

現(xiàn)以上海市華宇小區(qū)6 號樓該為例，工程為一高層住宅樓，建筑地上為十五層，建筑物主體高度為49.5m，其主體結(jié)構(gòu)的合理使用年限為50 年，抗震設(shè)防烈度為7 級，耐火等級為一級，結(jié)構(gòu)主體采用鋼筋混凝體短肢剪力墻抗震結(jié)構(gòu)體系。建筑場地類別為III 類，基本風(fēng)壓為0.55KN/m2，基本雪壓為0.4KN/m2，地面粗糙類別為B 類。結(jié)合該工程實例對短肢剪力墻的概念、特性、優(yōu)勢、結(jié)構(gòu)設(shè)計要點等方面進(jìn)行了一系列的分析和探究。

1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的概念及特點

1.1 概念

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指連續(xù)梁等結(jié)構(gòu)將一些不為整體的鋼筋混凝墻段連接結(jié)成一個整體的結(jié)構(gòu)體系的抗震結(jié)構(gòu)。墻體間的洞口是用一些墻體材料例如磚等來代替門窗進(jìn)行填充的。短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式目前來說最常用的包括“T 型”、“L 型”和“一字型”等。

1.2 短肢剪力墻的特點

對建筑實際使用短肢剪力墻后的現(xiàn)狀進(jìn)項分析，不難發(fā)現(xiàn):從經(jīng)濟(jì)方面來說，短肢剪力墻具有使用面積高而造價低的特點;從結(jié)構(gòu)方面來說，短肢剪力墻具有可以將房間的布置更加的合理更加的節(jié)約的優(yōu)點。經(jīng)過在營運的過程中不斷的實踐與改進(jìn)，短肢剪力墻不但已經(jīng)能夠很好的適應(yīng)高層建筑的需求，而且具體來說已經(jīng)擁有多方面的優(yōu)點。

1.2.1 布置方面

短肢剪力墻的建筑平面具有布置靈活的優(yōu)點，在建筑功能的使用方面其結(jié)構(gòu)形式能夠合理的達(dá)到要求。再者填充墻的厚度與墻肢的厚度基本上可以達(dá)到一致，對房間的面積使用和家具布置具有很大的益處。同時可以有效的避免框架剪力墻和剪力墻結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的梁柱凸出的不良現(xiàn)象。

1.2.2 減輕扭轉(zhuǎn)引起的不利影響

對結(jié)構(gòu)來說其抗側(cè)剛度的大小可以確定短肢剪力墻墻肢的數(shù)量，而且其墻肢的長短隨意性強(qiáng)，因此此種結(jié)構(gòu)可以有效的調(diào)整剛度中心，使其與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心位置相近，從而對扭轉(zhuǎn)引起的不利影響可以有效降低。

1.2.3 減輕自重

在實際的施工過程中，相對于之前在剪力墻的上部結(jié)構(gòu)中使用的混凝土材料現(xiàn)可采用輕質(zhì)隔墻來代替，再減輕工程自重的同時減少鋼筋和混凝土的用量，從而可以在一定程度上降低工程造價。顯然由于上部結(jié)構(gòu)重量的減少，不僅對上部結(jié)構(gòu)對于基礎(chǔ)也有很大的益處，重量減少從而降低了基礎(chǔ)的施工難度，減少了基礎(chǔ)的費用。

2 短肢剪力墻的研究現(xiàn)狀

目前對于在高層建筑中普遍使用的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，我國也正在進(jìn)行更加深入、廣泛的研究與探索。

(1)在我國最早提出短肢剪力墻這一體系概念的為容柏生院士。容院士對于短肢剪力墻布置的結(jié)構(gòu)特點和一般原則進(jìn)行了相關(guān)的介紹，對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的樓蓋形式、結(jié)構(gòu)分析的模型以及結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層形式等做了相關(guān)的討論，并對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在當(dāng)時的應(yīng)用做了相應(yīng)的概述。

(2)對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的詳細(xì)的工程應(yīng)用做全面介紹的是中國建筑科學(xué)研究院的趙西安教授，他的相關(guān)作品儼然成為當(dāng)時社會中介紹短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的權(quán)威之作。趙西安教授當(dāng)時介紹的內(nèi)容包括短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造和計算等多方面。

3 短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

由于短肢剪力墻的應(yīng)用還不太成熟，各方面還需要比較比較成熟的科學(xué)技術(shù)進(jìn)項指引，尤其是在使用的過程中更加要注重其設(shè)計要點，以保證結(jié)構(gòu)體系的安全性和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的有效性。

3.1 截面厚度

對短肢剪力墻來說其界面厚度不應(yīng)小于200 毫米。對于厚度大于最小構(gòu)造厚度2 倍以上的墻肢，建議當(dāng)高厚比＞4 時，可判定為一般剪力墻。

3.2 短肢剪力墻的軸壓比限值

在底部加強(qiáng)部位的軸壓比對于一、二、三級來說應(yīng)該分別小于等于0.45、0.5、0.55，對一字型短肢剪力墻軸壓比來說相較于其它類型還應(yīng)相應(yīng)的減少0.1。對于底部加強(qiáng)部位以上的范圍不宜大于比上述規(guī)定值加0.05 的值。

3.3 短肢剪力墻剪力設(shè)計值

除底層外其他各層的短肢剪力墻的剪力設(shè)計值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4、1.2 和1.1，而底部加強(qiáng)部位應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3.4 邊緣構(gòu)件

短肢剪力墻邊緣的約束構(gòu)件在進(jìn)行設(shè)置時應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)范要求。當(dāng)不能避免在要在一字型短肢剪力墻布置平面外與之橡膠的單側(cè)樓面梁時，應(yīng)設(shè)置暗柱并校核剪力墻平面外受彎承載力。

3.5 短肢剪力墻縱筋的配筋率

對于短肢剪力墻的豎向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位一、二級不宜小于1.2%;三、四級不宜小于1.0%;其他部位一、二級不宜小于1.0%，三、四級不宜小于0.8%。

4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中的重要性

4.1 靈活性

對于數(shù)量、位置、長短等短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的布置根據(jù)具體的施工情況進(jìn)行實施，并通過不斷的調(diào)整進(jìn)行滿足工程施工的要求。由于短肢剪力墻在布置方面具有一定的靈活性，這就是工程的施工可以具有多種選擇的機(jī)會，對于不同的施工方案可以靈活的運用到不同的布置當(dāng)中，對于施工過程的問題可以進(jìn)行及時的處理，并且對施工方案進(jìn)行有力的調(diào)整，來支撐整個過程順利的完成。

4.2 應(yīng)用性

短肢剪力墻的應(yīng)用在目前來說已非常廣泛。對結(jié)構(gòu)的抗測力大小可以通過調(diào)整墻肢強(qiáng)度和強(qiáng)的數(shù)目來進(jìn)行改變以滿足其標(biāo)準(zhǔn);對于具有連接支撐的柱梁可以隱蔽的布置在間隔墻的豎直平面內(nèi);在符合高層結(jié)構(gòu)抗側(cè)立能力的要求下可以通過中心剪力墻建立抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系使結(jié)構(gòu)的剛度值大小、強(qiáng)度高低與標(biāo)準(zhǔn)相符;豎向結(jié)構(gòu)的多樣性使得可以利用間隔墻來達(dá)到符合建筑使用功能的目的;各施工建筑都可以根據(jù)自己具體的建筑情況進(jìn)行具體的分析，但總的來說，短肢剪力墻的應(yīng)用可以使結(jié)構(gòu)的設(shè)計變得更為簡便。

4.3 穩(wěn)定性

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)點眾多，例如靈活性良好、結(jié)構(gòu)較短、自身較輕等，對于建筑結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的荷載可以進(jìn)行有效減少，并在施工的過程中進(jìn)行適時對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以使結(jié)構(gòu)的實施能夠達(dá)到最佳狀態(tài);短肢剪力墻墻肢也具有很多的優(yōu)點，例如墻肢寬度和高度都較大、延性良好等，由于其在結(jié)構(gòu)中主要是受彎破壞，因此可以在地震作用時起到和很好的緩沖作用，以最大程度的保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.4 可協(xié)調(diào)性

一是協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一墻肢和建筑墻體的厚度以保證各個墻體的柱梁在同一豎直平面內(nèi)，使短肢剪力墻具有隱蔽性。二是協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計，對墻體的剛度根據(jù)墻肢結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以利用隱蔽短肢剪力墻的柱梁和墻肢來確定需要的強(qiáng)的面數(shù)和結(jié)構(gòu)的布置，靈活的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計，使結(jié)構(gòu)更加的合理并不斷的進(jìn)行完善。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的告訴發(fā)展和人們甚或水平的不斷提高，人們對房屋的建筑不僅在實用性而且在美觀性方面都提出來越來越高的要求。在高層建筑的眾多建筑結(jié)構(gòu)形式中，短肢剪力墻的應(yīng)用相對而言比較廣泛。短肢剪力墻應(yīng)該在減少扭轉(zhuǎn)、限值結(jié)構(gòu)位移、控制軸壓比的原則下，對剪力墻的數(shù)量和位置進(jìn)行合理的布置，并且采取相應(yīng)的構(gòu)造措施使段之間厘清的結(jié)構(gòu)設(shè)計更加的合理、更加的優(yōu)化。

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