淺析短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

宋林

摘要：現(xiàn)在設(shè)計住宅要求開間越來越大，多變、便潔在平面上有了很大的體現(xiàn)，在設(shè)計的室內(nèi)不見屋柱棱，不見屋梁已經(jīng)逐漸默認成為一種方向，因此，剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅應(yīng)時而生，由于時間的原因，剪力墻結(jié)構(gòu)住宅中還存在很多缺點等待完善。本文將要從它相對于其他結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢和在設(shè)計中出現(xiàn)的問題及其解決辦法等等進行分析。

關(guān)鍵詞：；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計 異形柱

Short shear wall structure, the authors design

SongLin

ShuChengXian in anhui province survey and design office

Abstract: the residential design requirements of a room in an old-style house is big, plane and room layout flexibility, convenience, and indoor can't see column stare blankly, not dew beam, etc has become a trend, thus more and more shear wall structure small high-rise residential building rises straight from the ground, but also exposed some problems. This paper mainly from the short shear wall structure system characteristics, short shear wall structure design problems should be paid attention to, such as Germany was presented.

Keywords:; Short shear wall, Structure design; Special-shaped columns

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A 文章編號：

近幾年人們對高層住宅平面與空間的要求越來越高，于是逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式——短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上，吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點發(fā)展而成，在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點，受到了建筑師的肯定。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)之所以得以普遍應(yīng)用，是由于其對類似12～16層的小高層建筑結(jié)構(gòu)的貢獻，既可以保證結(jié)構(gòu)的剛度、位移，又可以使室內(nèi)空間方正合理。短肢剪力墻的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)導(dǎo)致的豎向位移差別，也相對較小，則傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。

1，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是通常指墻肢的長度為厚度的5～8倍剪力墻結(jié)構(gòu)，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型等。在《高規(guī)》規(guī)定短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻。高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

2，短肢剪力墻機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

2.1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計算

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計算模型、配筋方式和構(gòu)造要求均同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有６個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有７個自由度（多一個截面翹曲角，即扭轉(zhuǎn)角沿縱軸的導(dǎo)數(shù)），考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內(nèi)剛度無限大假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜（如有轉(zhuǎn)換層）時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長較短（一般為墻厚的５-８倍），本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力，精度較高。

對設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支?？蛑Ъ袅κ鞘芰γ嫦蚴芰c過渡，由于薄壁桿件的連接處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。因此，帶有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用墻元模型軟件進行計算。當(dāng)然，從整體上的內(nèi)力（特別是下部支承柱的內(nèi)力）分布情況來看，如果將剪力墻加以適當(dāng)?shù)奶幚恚€是可以用TAT

2.2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的設(shè)置高度及框支柱

在現(xiàn)代高層住宅的地下室和下部幾層，由于停車和商業(yè)用房需較大空間，就得通過轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)。在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，一般都只將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支。

據(jù)研究表明，“框支剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時，轉(zhuǎn)換層附近層間位移角及內(nèi)力分布急劇突變，內(nèi)力的傳遞僅靠轉(zhuǎn)換層一層樓板的間接傳力途徑很難實現(xiàn)；轉(zhuǎn)換層下部的‘框支結(jié)構(gòu)易于開裂和屈服，轉(zhuǎn)換層上部幾層墻體易于破壞。這種結(jié)構(gòu)體系不利于抗震。高烈度區(qū)（９度及９度以上）不應(yīng)采用；８度區(qū)可以采用，但應(yīng)限制轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度，可考慮不宜超過３層；７度區(qū)可適當(dāng)放寬限制。”因此，建議在６度抗震設(shè)防區(qū)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度不宜超過５層，避免高位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換層上下的層剛度比γ宜接近１，不宜超過２。轉(zhuǎn)換層位置較高時，宜同時控制轉(zhuǎn)換層下部“框支”結(jié)構(gòu)的等效剛度（即考慮彎曲剪切和軸向變形的綜合剛度），使EgJg與EcJc接近。EgJg為剪力墻結(jié)構(gòu)的等效剛度，剪力墻結(jié)構(gòu)高度取框支層的總高度，其平面和層高與轉(zhuǎn)換層上部的剪力墻結(jié)構(gòu)相同；EcJc為轉(zhuǎn)換層下部“框支”結(jié)構(gòu)的等效剛度。研究表明，“控制轉(zhuǎn)換層下部‘框支結(jié)構(gòu)的等效剛度對于減少轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角和內(nèi)力突變是十分必要的，效果也很顯著。”

2.3短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計

振動臺模擬地震試驗結(jié)果表明，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、底部外圍的小墻肢、連梁等是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂；在地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴重；在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞的可能性增加。因此，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對這些薄弱環(huán)節(jié)，更應(yīng)加強概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施。例如，短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，使其剛度中心和建筑物質(zhì)心盡量接近，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度（宜取250mm，對底部外圍的小墻肢根據(jù)需要可取用300mm），加強墻肢端部的暗柱配筋，嚴格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6，以提高墻肢的承載力和延性；高層結(jié)構(gòu)中連梁是一個耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會使結(jié)構(gòu)的延性降低，對抗震不利，設(shè)計時應(yīng)注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞；短肢剪力墻宜在兩個方向均有梁與之拉結(jié)，連梁宜布置在各肢的平面內(nèi)，避免采用“一”字形墻肢；短肢剪力墻底部加強部位的配筋應(yīng)符合規(guī)范要求等。

3 ，小高層住宅中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

在小高層住宅中，與常用的框架——抗震墻體系相比，框架——抗震墻體系具有受力明確，計算簡單等優(yōu)點，但其柱子截面大，梁柱外露，影響美觀和使用，在平面復(fù)雜多變的情況下結(jié)構(gòu)布置體系難趨合理，結(jié)構(gòu)分析計算困難。而短肢剪力墻體系，墻肢和梁可隱蔽，結(jié)構(gòu)布置靈活。墻的數(shù)量和肢長根據(jù)抗側(cè)力的需要而定，數(shù)量可多可少，肢長可長可短，還可通過不同的尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置。

同時在小高層住宅中，與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系具有如下優(yōu)點：充分利用墻肢的承載能力，避免傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體過長而通常為構(gòu)造配筋的浪費；減輕結(jié)構(gòu)自重，降低主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價，尤其對于地基承載力較低的地區(qū)經(jīng)濟效益顯著；結(jié)構(gòu)自振周期相對加大，彌補剪力墻體系抗側(cè)剛度大，從而地震反應(yīng)加大的缺點；主體結(jié)構(gòu)中大多數(shù)墻肢呈受彎工作狀態(tài)，從而保證墻體具有足夠的延性：同時大多數(shù)連梁的跨高比大于2 5，保證整體剛度的同時降低連梁的自身剛度，避免連梁的剪切破壞，使連梁也具有足夠的延性，以此來彌補剪力墻體系延性的不足。

4， 結(jié)語：

關(guān)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計,文章主要從短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的布置、構(gòu)造要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題這幾個方面進行論述。目前, 由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有可以靈活布置,墻肢可長可短,可落地也可帶轉(zhuǎn)換層,房間內(nèi)不會出現(xiàn)露梁露柱的現(xiàn)象等優(yōu)勢,且短肢剪力墻的抗震性能也優(yōu)于異形柱剪力墻結(jié)構(gòu),因此它將在多、高層的住宅中有著廣闊的發(fā)展前景。總之，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有著較大的市場需求，在設(shè)計中根據(jù)其受力的特點，充分了解其破壞的各種機理，選用合理的結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)才能有可靠的安全保證。

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