建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

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1案例分析

某住宅小區(qū)工程，主體結(jié)構(gòu)為地上13層、地下2層，總建筑面積為14400m2，開發(fā)商為了降低成本，要求設(shè)計單位對結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化，并要求在滿足安全使用的前提下，將主體結(jié)構(gòu)的用鋼量控制在50kg/m2以內(nèi)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時對以下兩個方案做了比較。方案一:采用普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)。本方案的特點(diǎn)是:依據(jù)建筑平面布局設(shè)置鋼筋混凝土抗震墻，對較長的墻用結(jié)構(gòu)洞將其分為聯(lián)肢墻，使各墻段的剛度均勻，由于抗震墻較多，可以構(gòu)成整體抗側(cè)力很強(qiáng)的體系，對較高建筑抗震特別有利。但若房屋高度不大，反而會因剛度過大而招致較大的地震作用，而且造價也會增加，并非是理想的方案。方案二:短肢剪力墻一般剪力墻結(jié)構(gòu)。本方案的特點(diǎn)是:結(jié)合建筑平面、利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，剪力墻的數(shù)量可多可少，剪力墻肢可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同尺寸和布置調(diào)整剛度和剛度中心的位置；由于減少了剪力墻數(shù)量，并代之以輕質(zhì)填充墻，不僅房屋總重量可以減輕，同時也可適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使地震作用減少，這不僅對基礎(chǔ)設(shè)計和結(jié)構(gòu)抗震較為有利，同時也可降低工程造價，還可加快施工進(jìn)度。這種結(jié)構(gòu)體系通常視建筑平面及抗側(cè)力的需要，將中心豎向交通區(qū)處理成為筒體，以承受主要水平力。

2結(jié)構(gòu)分析

由于短肢剪力墻抗震性能差，在地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗不多，因此在設(shè)計時，首先要選擇適合的計算軟件，合理地選擇計算分析方法，確定計算模型和相關(guān)參數(shù)，并加強(qiáng)對計算結(jié)果合理性的判斷，特別要加強(qiáng)概念設(shè)計。

1）高層點(diǎn)（板）式住宅采用短肢抗震墻結(jié)構(gòu)體系，只要抗側(cè)力構(gòu)件布局合理，是比較理想的一種結(jié)構(gòu)體系。但在地震區(qū)高層建筑中，剪力墻不宜過少，墻肢不宜過短，因此不應(yīng)設(shè)計僅有短肢剪力墻的高層建筑,要求設(shè)置剪力墻筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（一般剪力墻）共同抵抗水平力的結(jié)構(gòu)。

2）短肢墻的布置合理、對稱、均勻、力求質(zhì)量中心與剛度中心重合,短肢墻布置應(yīng)以T形、L形、]型、+形為主，這樣可增加短肢墻抗扭性能和出平面外穩(wěn)定性。

3）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣角部外的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，因此應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓力比、增加縱筋和箍筋的配筋率。

4）主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)筒體或長墻一般利用樓、電梯間，但要注意剛度的均衡性，不要集中在一處布置而使建筑產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時筒體要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過小，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%，形成多道抗震防線。為了確保水平力可靠傳遞，核心區(qū)樓板適當(dāng)加厚，與核心筒相連的連梁按強(qiáng)剪弱彎設(shè)計，短肢墻之間的梁凈跨宜取4～6m，使其具有一定的耗能作用。

5）短肢墻受力以承擔(dān)豎向荷載為主、承擔(dān)水平荷載為輔，其截面尺寸要適當(dāng)，墻肢截面高度與厚度之比宜在5～8，且墻厚不小于200mm；當(dāng)墻肢截面高度與厚度比≤3時，應(yīng)按柱的要求進(jìn)行設(shè)計，短肢墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6、0.7。對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，因其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應(yīng)降低0.1。

6）短肢剪力墻采用的抗震等級應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級提高一級，主要目的是從構(gòu)造上改善短肢剪力墻的延性。

7）對于短肢剪力墻的剪力設(shè)計值，不僅底部加強(qiáng)部位應(yīng)按規(guī)范調(diào)整，其它各層也要調(diào)整，一、二級抗震等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2，主要目的是避免短肢剪力墻過早的剪壞。

8）抗震設(shè)計時,短肢剪力墻截面的縱向配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。

9）各短肢墻應(yīng)盡量對齊、拉直，使之與連梁一起構(gòu)成較規(guī)則且連續(xù)均勻的抗側(cè)力片。并且每道短肢墻宜有兩個方向的梁與之連續(xù)。

10）短肢墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可以通過不同尺寸和布置調(diào)整剛度和剛度中心位置。

11）短肢剪力墻一筒體或一般剪力墻結(jié)構(gòu)體系的電算分析力學(xué)模型建議采用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系各部位宜取兩種力學(xué)模型分析結(jié)果的不利工況；短肢墻之間的梁應(yīng)根據(jù)跨高比的不同分別按連梁、框架梁計算內(nèi)力和配筋一般情況下當(dāng)短剪力墻洞口形成跨高比小于5的連梁,應(yīng)按梁進(jìn)行設(shè)計；當(dāng)跨高比小于5時，宜按框架進(jìn)行設(shè)計，短肢墻仍屬于剪力墻的范疇,配筋可采用一般剪力墻的計算方法，但是對于長寬比小于3的短肢墻則必須按柱的方法進(jìn)行設(shè)計。注意整體計算需考慮填充墻對建筑基本自振周期的影響，折減系數(shù)可取0.8～0.9。

12）由于外墻面鋼筋混凝土短墻肢之間填充墻與鋼筋混凝土墻的變形模量不同，在二者交界處易產(chǎn)生裂縫，通常采取的措施是在做粉刷時，在二者交界處附粘一層玻璃絲布，使應(yīng)力平緩過渡。

作者：閆超合 單位：河北筑美工程設(shè)計有限公司