建筑短肢剪力墻結構研討

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短肢剪力墻過多的剪力墻結構能夠給住宅建筑內部的分布帶來很大的方便,其能夠有效防止框架結構露梁露柱的缺陷,能夠滿足更多用戶對平面有效分割的需要。并且,在經過運用輕質填充墻后能夠大幅度降低結構本身的重量,從而減弱結構的側向剛度,使得結構的自振周期不斷增大,間接地增強了結構承受震動的能力。但受到新型結構抗震性的影響,其在地震較多的地區沒有得到太多的運用,為確保萬無一失,在運用短肢剪力墻結構抗震設計過程中,對其運用范圍加以限制,更應該完善相應的抗震方法。

1、工程實例

某地區的住宅小區具體情況為:多層住宅樓(4層～7層)12棟、公共建筑1棟,共計13棟樓,總建筑面積約4.7萬m2。考慮到開發商建筑結構的要求,排除一些公共建筑,其它多層住宅設計主要使用了短肢剪力墻結構形式。對建筑結構進行布置時,應當充分考慮到建筑平面情況及其運用功能,把橫向一般剪力墻設置在房屋端部,這樣可以對結構的扭轉效應及橫向側加以控制;把縱向一般剪力墻設置在房屋中部,對結構的縱向側移加以控制。從而形成短肢剪力墻、一般剪力墻、剪力墻筒體三者同時抵抗水平力的剪力墻結構。通過最后的試驗檢測,縱橫兩方向短肢墻第一振型底部地震傾覆力矩百分比都在50%以下,與建筑標準相符合。

2、短肢剪力墻的定義

在人們對住宅環境要求不斷提高的過程中,對于多層住宅平面與空間的要求也更為嚴格。早期常規框架結構的露柱露梁、剪力墻結構會給建筑空間帶來不利影響,限制了其內部空間結構大小,這顯然滿足不了用戶當前的實際需要。因而,在設計者和建筑者們長期的研究探索中,其把剪力墻當成基礎,對框架的優勢不斷積累改進后創建了全新的結構模式,即“短肢剪力墻一簡體（或一般剪力墻）”結構體系。

2.1短肢剪力墻高厚比的標準

在短肢剪力墻設計過程中需要對高厚比加以嚴格控制,其具體控制方法包括:

（1）把短肢剪力墻、常規剪力墻互相區分開來。在建筑施工標準中提到了,短肢剪力的高厚比通常為5～8,常規剪力墻的高厚比需在8以上。

（2）把短肢剪力墻、異型柱之間加以區分。工程標準中的規定內容為:異型柱是截面幾何形狀為L形、T形和十字形,同時要求截面各肢的高厚比要低于4的柱,以滿足結構之間的銜接需要,通常墻肢高厚比在4～5之間的構件需要根據具體的結構形式加以設計。

2.2短肢剪力墻在實際中的判定

短肢剪力墻的判定在實際中,由于L形、T形、十字形和Z形的短肢剪力墻的大量應用,比一字形短肢剪力墻的抗震性能強,延性及平面外穩定性較好,所以規范要求短肢剪力墻盡可能設置翼緣。PKPM（結構計算軟件）規定,短肢剪力墻必須是不超過兩個墻肢且每個墻肢高厚比都小于8的剪力墻,軟件按此定義搜索和判斷短肢剪力墻。

3、關于結構計算分析

短肢剪力墻結構的計算,首先要選用合適的計算軟件,合理地選擇計算分析方法,確定計算模型和相關參數,并加強對計算結果合理性的判斷,特別要加強概念設計。一般來說,短肢剪力墻是由于對一般剪力墻進行大開口而形成的,所以,基本上與普通剪力墻結構分析相同,可采用三維桿系—薄壁柱空間分析方法,或空間桿—墻組元分析方法。其中空間桿—墻組元分析方法的計算模型更符合實際,精度更高。

4、短肢剪力墻延性的相關設計

4.1短肢剪力墻、常規剪力墻的設計

在短肢剪力墻的設計過程中,對其布置情況應該做到科學、勻稱、質量中心與剛度中心重相重合,短肢剪力墻的分布情況應該按照T形、L形、Z形、十字形等情況加以設計,以保證短肢剪力墻抗扭與平面之間的穩定性達到要求。對于一些重點的抗側力結構簡體通常使用樓梯,單必須要確保剛度在一定的均衡性內,設置不宜太集中以避免建筑出現過大的扭轉效應,且筒體的剛度也要達到標準需要,對平面尺寸嚴格控制,確保簡體與常規剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩大于結構總底部地震傾覆力矩的50％,以建立起躲到抗爭設置,維持水平力的可靠傳遞,并對重要的區樓板增加厚度,對與核心筒連接的梁需參照強度指標設計,以維持建筑內部的結構性能。

4.2短肢剪力墻的軸力設計值和剪力設計值

短肢剪力墻的受力主要來源于豎向荷載,其次則是水平荷載,短肢剪力墻在重力荷載代表值影響下形成的軸力設計值的軸壓比,抗震等級達一、二、三級后通常要分別控制在0．5、0．6、0．7。有的短肢剪力墻沒有翼緣、端柱,如:一字形的短肢剪力墻,憂郁延性達不到要求,其軸壓比限值需做出降低調整,需減小0.1,短肢剪力墻的抗震等級需盡可能高級點,這樣做的主要作用是為了在構造上對短肢剪力墻的延性加以調整。在設計短肢剪力墻的剪力過程中,處理要對底部結構進行調整外,還要顧及到其它結構層,一、二級抗震等級軸壓比需乘以增大系數1．4和1．2,這樣做的好處是為了防止短肢剪力墻受到太大的損壞。

4.3短肢剪力墻配筋

（1）短肢剪力墻約束邊緣構件配箍特征值λv宜按相同軸壓比的框架柱提高一級,取軸壓比小于0.3的短肢剪力墻及非加強部位的短肢剪力墻,其邊緣構件的構造設置應較一般剪力墻高,宜按表1配置。表1短肢剪力墻構造邊緣構件最小配箍特征值

（2）短肢剪力墻的截面高度一般在1200～2000mm之間,其約束邊緣構件長度Lc可統一取450mm;短肢剪力墻的邊緣構件的縱向配筋除滿足規范要求外,其縱向鋼筋最小配筋率宜按框架柱要求設置;抗震設計時,短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率,底部加強部位不宜小于1．2％,其他部位不宜小于1．0％。

（3）短肢剪力墻的水平及豎向分布筋,除按計算確定外,其構造最小配筋宜按表2要求。表2短肢剪力墻分布筋要求另外,短肢剪力墻應采用雙排布筋,水平筋在外,豎向筋在內,兩排筋間拉結控筋梅花形布置,間距不宜大于400mm×400mm,每根豎筋均有拉筋連結;如圖1中（a）（b）（e）所示,肢長大于3倍小于等于4倍墻厚的墻肢按柱要求配筋,其外套箍兼作水平筋。

5、抗震薄弱位置與改善方法

根據工程實驗數據可知,剪力墻結構的抗震的薄弱位置主要包括了:外邊緣、墻肢、小墻肢、連梁等方面。若出現扭轉效應之后,建筑平面外邊緣及角點處的墻肢則會迅速斷裂;受到地震沖擊的影響,高層短肢剪力墻結構會出現較大的整體彎曲變形,底部周圍的小墻肢由于截面面積小常常承受了過多的豎向載荷,對剪力墻結構的損壞較為嚴重。而短肢剪力墻結構內,其墻肢剛度不斷減弱,導致連梁受剪破壞的能力增強。因而,設計短肢剪力墻結構時需要對結構的薄弱部位加以控制。

(1)維持應力均衡。短肢剪力墻遍布于平面的應力需要維持平衡,保證剛度中心和建筑物質心相互靠近,從而降低結構的扭轉效應;合理調整建筑結構相關位置墻肢的厚度,對墻肢截面的軸壓比加強控制,通常在0.6以內,從而加強墻肢的承載力。

(2)增強抗震等級。對于短肢剪力墻抗震等級的設計,要按照較高級別進行設計。短肢剪力墻的剪力設計值,除了要對底部位置增強設計外,相關部位也需要做出一定的調整。短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率,其底部通常在1.2%以上,其余位置應在1.0%之上。

(3)科學計算指標。連梁在高層結構中屬于耗能構件,連梁的剪切作用會降低結構的延性,給抗震作用造成不利影響。在設計過程中需要對連梁的“強剪弱彎”進行科學的計算,以維持連梁結構的性能。而連梁做好分布于各肢的平面內,且防止運用過多的一字形墻肢。

(4)避免設計失誤。一字形短肢剪力墻平面外最好不要設計樓面梁。在剪力墻外墻相應跨度的大梁支座時,遇到地震后很容易產生裂縫,若彎矩較大則剪力墻平面外剛度、承載力則達不到要求,給結構的平面造成損壞。很多設計人員對這些情況沒有給予重視。

6、結語

短肢剪力墻結構在現代建筑行業中已成為了很關鍵的一種形式,隨著用戶們對建筑內部結構要求的提高,設計者應該提高設計效果,對概念設計給予足夠的重視。結合相應的構件受力情況,對短肢剪力墻的薄弱環節加以控制,學會運用科學的計算方法來科學設計規劃。