短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

農(nóng)紹平　韋承濤

【摘 要】筆者基于工程實踐，分析了短肢剪力墻的布置與設(shè)計，并結(jié)合工程實例，分析了具體的設(shè)計要點。

【關(guān)鍵詞】建筑；短肢剪力墻；設(shè)計

隨著生活水平的提高，人們越來越重視住宅空間的布局。尤其是對小高層、多層住宅的適住性，已不局限于普通框架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過不斷的試驗改進，人們把普通剪力墻和框架相結(jié)合，形成了以短肢剪力墻為主要結(jié)構(gòu)的體系。由于該體系既保留了異形柱不凸出墻面的優(yōu)勢，又在應(yīng)用的過程中克服了異形柱框架抗震性能不佳的缺陷，因此其在目前的小高層住宅建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.短肢剪力墻的布置

（1）短肢剪力墻應(yīng)均勻布置，使墻的軸向應(yīng)力差別不宜過大豎向布置短肢剪力墻，盡可能做到墻肢上、下對齊、連續(xù)，盡量避免洞口錯位，與連梁一起構(gòu)成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側(cè)力體系。

（2）每道短肢剪力墻宜有兩個方向的梁與之相連接，連粱盡可能布置在墻肢的豎向平面內(nèi)短肢剪力墻應(yīng)該盡量在另一方向上設(shè)置翼緣，盡可能避免有一字形短肢剪力墻出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)布置上考慮縱橫墻的共同作用。

（3）短肢剪力墻應(yīng)設(shè)計成強墻柱、弱連梁的體系。所謂墻柱，指的是指墻柱可采用強度等級高的混凝土，加強墻柱配筋。盡可能減少連梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墻體系計算更合理。

2.短肢剪力墻的設(shè)計

（1）嚴(yán)格控制短肢墻的軸壓比，尤其是無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻。實踐證明，在承受壓彎作用的剪力墻中，當(dāng)處于小偏壓狀態(tài)時，墻的延性較差。不僅如此，即使在大偏壓狀態(tài)下，若軸壓比較大，混凝土受壓區(qū)的邊緣應(yīng)力很高，如果混凝土沒有約束或約束不夠，可能混凝土先達到極限壓應(yīng)變，出現(xiàn)豎向裂縫，甚至壓碎，使構(gòu)件喪失變形能力和承載能力。因此，在設(shè)計時，應(yīng)嚴(yán)格控制短肢墻的軸壓比，以保證短肢墻的延性。

（2）由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對較小，設(shè)計時宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以防止設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時也形成兩道抗震設(shè)防。

（3）各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近；抗震設(shè)計中，簡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)底部地震傾覆力矩的50%，必要時也可以通過增加長肢墻的方法調(diào)整剛度中心位置。

（4）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震薄弱環(huán)節(jié)是建筑外邊緣及角點處的墻肢，特別是“一字形”短肢剪力墻，可出現(xiàn)先于與其相連的梁破壞的情況。如當(dāng)高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)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，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性、實用性，設(shè)計時應(yīng)采取必要的措施，如對位于建筑外邊緣及角點處的短肢剪力墻應(yīng)減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率，加強小墻肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻。

（5）要正確判定短肢剪力墻結(jié)構(gòu)墻肢平面內(nèi)梁的屬性。連梁的剛度變化，直接影響了結(jié)構(gòu)的總體抗側(cè)移剛度，合理地選擇梁的截面和配筋，有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此，小高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在實際設(shè)計時，墻肢剛度可相對減??；連接各墻肢間的梁剛度不應(yīng)折減。只有這樣，才能使梁截面設(shè)計易于滿足規(guī)范的要求，也是偏于安全的。

（6）小高層住宅在設(shè)計時，應(yīng)滿足強剪弱彎的要求，以避免連梁剪切破壞先于彎曲破壞；不宜采用窗下墻作為連梁，因為窗下墻高度很大，形成剛度很大的剪切塊，不利于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，所以，宜將連梁設(shè)計成為截面、剛度較小的弱連梁。

3.工程實例

某工程，總建筑面積為12570m，采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，為12層住宅樓，建筑總高43.65m（層高3m），頂層為復(fù)式住宅，屋頂為四坡屋面。

3.1短肢剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于整個樓層的建筑平面較為復(fù)雜，采用在14和15軸間設(shè)置雙墻防震縫，在?和?軸間設(shè)置懸挑構(gòu)件抗震縫的處理方法，將平面分成相對獨立的4個部分，各部分的長寬比L1/B1max=29/9.4=3.09<5，L2/B2max=117.52/17.02=1.03<5。高寬比Hl/B1=37.44/9.4=3.98<6。H2/B2=41.94/17.02=2.46<6，符合規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)層高1層～12層為3.0m，坡屋面層高0.55m～2.47m，坡度為40%。平面的南側(cè)拐角處設(shè)有陽光房，平面突出的部分為六邊形，突出長度為2.1m，L/Bmax<0.3符合規(guī)則建筑平面布置要求（結(jié)構(gòu)平面圖見圖1所示）。

圖1標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要參數(shù)

場地類型為II類建筑場地，剪力墻抗震等級為二級。水平地震作用按x、y兩個方向計算。同時考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，周期折減系數(shù)0.85，計算取9個振型，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，豎向力按模擬施工加載方式計算，恒活荷載分開計算。修正后的基本風(fēng)壓為0.35，地面粗糙度為B類，結(jié)構(gòu)體型系數(shù)為1.4。連梁剛度折減系數(shù)0.7，地震力分項系數(shù)為1.3，風(fēng)荷載分項系數(shù)為1.4，恒荷載分項系數(shù)為1.2，活荷載分項系數(shù)為1.4。

本工程基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土墻下條基（有肋梁），剪力墻厚度內(nèi)外墻均為200mm，連梁截面b×h為200×370～570（mm），樓板厚度100mm～130mm，混凝土強度等級為C35、C25。地基采用天然地基，以③層粘土層做為持力層，Es=15MPa，fak=300kPa。

3.3短肢剪力墻的布置

按照抗震設(shè)計要求，結(jié)合窗間墻、樓梯間及房間四角等布置成“一”字形、“L”形、“T，形、“Z”形或“十”字形墻段，沿結(jié)構(gòu)平面各主軸方向均勻、對稱布置，做到剛心和質(zhì)心重合，減少結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。各墻肢肢長不宜相差太大，截面高厚比可以控制在5～8之間，避免出現(xiàn)高厚比小于3的小墻肢，使各墻肢剛度接近，保證在水平地震力作用下，各墻肢受力均勻，避免個別長墻因內(nèi)力太大而出現(xiàn)超筋。另外在④～⑥軸，⑩一⑥軸間形成4個較為完整的弱筒，以增強整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性。在豎向，要求墻肢上下對齊、連續(xù)。在同一軸線上的各墻肢通過連系梁連接，可增加對墻肢的約束，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。為了保證連梁具有較好的剛度和延性，取其跨高比為4≤l/h≤8較為合適。

3.4墻肢截面設(shè)計

塔樓周圍及肢長/肢寬<3的小墻肢均按框架柱的抗震要求配置縱筋及箍筋，并降低軸壓比提高要求。連梁高度的設(shè)計計算從剪力墻洞頂至樓板面或屋面，窗間墻和窗臺以下墻體采用輕質(zhì)材料砌筑。連梁正截面配筋按矩形截面構(gòu)件計算，取上、下配筋兩者之中的較大值，配置于梁截面上、下部位，考慮到施工因素，一般每排布置2根縱筋為宜，也可根據(jù)墻厚適當(dāng)增加。按斜截面抗剪計算所得的箍筋沿梁全長加密布置，對于個別連梁由于跨高比較大，剛度大，可能出現(xiàn)超筋，地震作用下允許其局部出現(xiàn)裂縫，可將連梁剛度折減。為保證結(jié)構(gòu)平面剛度，樓層最小板厚100mm，在南側(cè)陽光房塔樓處適當(dāng)增加厚度。

總之，隨著設(shè)計方法的不斷更新，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的運用將會越來越廣泛。作為設(shè)計人員應(yīng)充分運用概念設(shè)計，把握結(jié)構(gòu)的整體性，科學(xué)布置剪力墻，合理進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，爭取做到結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全、經(jīng)濟、實效。 [科]

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