浅析剪力墙结构的设计与注意事项

2022-11-10

近年来随着人们对住宅, 特别是小高层及多层住宅平面不与空间的要求越来越高, 原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是经过不断的实践和改进, 以剪力墙为基础, 并吸取框架的优点, 逐步发展而形成一种能较好适应小高层住宅建筑的结构体系, 即所谓“短肢剪力墙—筒体 (或一般剪力墙) ”结构体系。“短肢”剪力墙仍属于剪力墙结构体系, 只不过是采用较短的剪力墙肢 (短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为58的剪力墙) , 而且通常采用T形、L形、]形、+形等。当这些墙肢截面高度与墙厚之比小于等于3时, 它已接近于柱的形式, 但并非是方柱, 因此称之为“异形柱”。故从广义角度讲, 宜将这种结构体系称之为“短肢剪力墙—筒体 (或一般剪力墙结构体系) ”。另外所谓“筒体”就是以楼电梯间所组成的钢筋混凝土核心筒;所谓“一般剪力墙”就是指墙肢截面高度与墙厚之比大于8的剪力墙。体系当时 (2001年) 无国家规范, 但在我国南方应用较多, 设计主要参考天津市标准“大开间住宅钢筋混凝土异形柱框架结构技术规范” (DB29-16-98) 及广东省标准《钢筋混凝土异形柱设计规范》 (DBJ/T15-15-95) 。《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002) 中已对短肢剪力墙—筒体 (或一般剪力墙) 结构体系有了设计要求。

1 短肢剪力墙结构及其计算

短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中, 只需按剪力墙输入即可, 而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型, 其中梁、柱为普通空间杆件, 每端有6个自由度, 墙视为薄壁杆件, 每端有7个自由度, 考虑了墙单元非平面变形的影响, 按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵, 引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解, 它适用于各种平面布置, 未知量少, 精度较高。但是, 薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂时, 也存在一些不足, 主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响, 当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短, 本身较高细, 更接近于杆件性能, 所以, 用TAT、TBSA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力, 精度较高。对设有转换层的短肢剪力墙结构, 一般都只是将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地, 其于剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡, 由于薄壁杆件的连接处是点连接, 所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此, 带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件进行计算。

2 设计一般剪力墙结构时应注意的一些问题

(1) 高层点 (板) 式住宅采用短肢抗震墙结构体系, 只要抗侧力构件布局合理仍然是比较理想的一种结构体系, 但在地震区, 高层建筑中, 剪力墙不宜过少, 墙肢不宜过短, 因此不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑, 要求设置剪力墙筒体, 形成短肢剪力墙与筒体共同抵抗水平力的结构。 (2) 短肢墙的布置合理、对称、均匀、力求质量中心与刚度中心重合, 短肢墙布置应以T形、L形、]形、+形为主, 这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。 (3) 短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢, 当有扭转效应时, 会加剧已有的翘曲变形, 使其墙肢首先开裂, 因此应加墙其抗震构造措施, 如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。 (4) 主要抗侧力结构筒体一般利用楼、电梯间, 但要注意刚度的均衡性, 不要集中在一处布置使建筑产生过大的扭转效应, 同时筒体要有足够的刚度, 其平面尺寸不宜过小, 要使筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%, 形成多道抗震防线, 为了确保水平力可靠传递, 核心区楼板适当加厚, 与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计, 短肢墙之间的梁净跨不宜过小, 使其具有一定的耗能作用。 (5) 短肢墙受力以承担竖向荷载为主, 承担水平荷载为辅, 其截面尺寸要适当, 墙肢截面高度与厚度之比宜在58左右为好, 且墙厚不小于200mm, 当墙肢截面高度与厚度比小于等于3时, 应按柱的要求进行设计, 短肢墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比, 抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6、0.7.对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙, 因其延性更为不利, 因此轴压比限值要相应降低0.1。 (6) 对于短肢剪力墙的剪力设计值, 不仅底部加强部位应按规范调整, 其他各层也要调整, 一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2, 主要目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。 (7) 抗震设计时, 短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率, 底部加强部位不宜小于1.2%, 其它部位不宜小于1.0%。 (8) 各短肢墙应尽量对齐、拉直, 使之与连梁一起构成较规则且连续均匀的抗侧力片。并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接。 (9) 短肢墙的数量可多可少, 肢长可长可短, 主要视抗侧力的需要而定, 还可以通过不同尺寸和布置调整刚度和刚度中心位置。 (10) 短肢剪力墙—筒体结构体系, 电算分析力学模型建议采用高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE, 短肢剪力墙结构体系考虑, 各部位宜取两种力学模型分析结果的不利工况, 短肢墙之间的梁应根据跨高比的不同分别按连梁、框架梁计算内力和配筋, 短肢墙仍属于剪力墙的范畴, 配筋可采用一般剪力墙的计算方法, 但是对于长宽比小于3的短肢墙则必须按柱的方法进行设计。 (11) 由于外墙面钢筋混凝土短墙肢之间填充墙与钢筋混凝土墙的变形模量不同, 在二者交界处易产生裂缝, 通常采取的措施是在做粉刷时, 在二者交界面处附粘一层玻璃丝布, 使应力平缓过渡。

3 结语

由于短肢剪力墙抗震性能差, 在地震区应用经验不多, 因此在设计时, 首先要选择适合的计算软件, 合理地选则计算分析方法, 确定计算模型和相关参数, 并加强对计算结果合理性判断, 特别要加强概念设计。对一些不利部为加强构造措施, 在符合规范要求的情况下, 短肢墙是没问题的。所以任何一种结构体系都有它的适用范围, 只要我们能合理设计, 安全应该没问题。在我国南方如广州、深圳等城市, 已经广泛采用这种结构体系, 建成了大量的高层住宅, 带来了很好的经济和社会效益受到好评。

摘要：近年来随着人们对住宅, 特别是小高层及多层住宅平面不与空间的要求越来越高, 原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是本文介绍短肢剪力墙结构结构体系, 简述这种体系的构成、计算、设计注意事项。

关键词：构成,计算,设计注意事项