高層住宅建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計

中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院

摘要：高層建筑層多樓高，承受了較重的荷載，因此應(yīng)該注重高層建筑的延性設(shè)計，將外力沖擊可能對高層建筑造成的損壞程度降到最低。高層建筑結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，主要分為框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系、巨型結(jié)構(gòu)體系等，每一種結(jié)構(gòu)體系的延性設(shè)計各有不同。本文針對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高層住宅建筑；機(jī)構(gòu)體系；延性設(shè)計；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

地震又稱地動或者地振動，是地殼以地震波的形式向外快速釋放能量并且產(chǎn)生振動的過程。地震是一種自然現(xiàn)象，它的發(fā)生會對建筑物造成一定的損壞。目前，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程日益加快，為了減少建筑用地面積，高層建筑成為一種趨勢。高層建筑承載負(fù)荷較大，對結(jié)構(gòu)的安全性造成一定風(fēng)險，高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計具有重要的意義。短肢剪力墻是高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的一種，本文以高層住宅建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計為論述對象，對其設(shè)計背景和設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行了簡要分析。

一、高層住宅建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計背景

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國的城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快。雖然我國人口增長速度已經(jīng)有了明顯的下降，然而人口基數(shù)大的現(xiàn)實(shí)依然存在，以致于產(chǎn)生了建筑用地緊張的現(xiàn)象。為了解決這一問題，高層建筑成為一種發(fā)展趨勢。與其他建筑相比，高層建筑的樓層較多、樓體較高，不僅需要承載較多的人體荷載，而且還要承受來自建筑樓層本身的重量，高層建筑的負(fù)荷較重，高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計具有重要意義。

延性是一個物理概念。所謂延性，是指材料的結(jié)構(gòu)或者材料的構(gòu)件（或構(gòu)件的某個截面）從屈服開始到達(dá)最大承載能力（或到達(dá)以后），而承載能力沒有明顯的下降期間的變形能力。簡單地說，延性就是材料受到外力壓迫遭到破壞之前的塑性變形能力。延性與材料的延展性密切相關(guān)，延展性強(qiáng)的材料在受到外力沖擊時能夠吸收一定的能量，延性好的結(jié)構(gòu)（構(gòu)件或構(gòu)件的某個截面）受到外力沖擊時能夠產(chǎn)生一定的變形，變形和吸收能量都能夠緩沖外力的沖擊，避免脆性破壞的發(fā)生。因此，為了避免高層建筑遭到地震的沖擊，必須注重對于高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計。

在構(gòu)筑物或者房屋等各種建筑物中有一種為了承受風(fēng)荷載或者由于地震作用而引起的水平荷載而設(shè)計的墻體，被稱為剪力墻（又稱抗風(fēng)墻、抗震墻或者結(jié)構(gòu)墻）。剪力墻是高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)體系的基本組成部分。目前，我國高層建筑結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，可以分為框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系、巨型結(jié)構(gòu)體系等，每一種結(jié)構(gòu)體系的延性設(shè)計各有不同。剪力墻和高層建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計（即延性結(jié)構(gòu)）都是為了減少外力對建筑物的沖擊，將高層建筑因外力沖擊而受到的損壞降到最小，二者的目的是一致的，高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計對于減少外力對高層建筑的沖擊具有重要的作用。

所謂剪力墻結(jié)構(gòu)，是指結(jié)構(gòu)采用剪力墻的建筑結(jié)構(gòu)體系，它是一種由縱向、橫向的鋼筋混凝土墻所組成的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，墻體主要用來緩沖外力對建筑物的沖擊，除了抵抗水平荷載和豎向荷載之外，還對建筑物起圍護(hù)和分割的作用。然而，這種結(jié)構(gòu)形式對建筑物的內(nèi)部劃分比較嚴(yán)格，空間較為狹小，結(jié)構(gòu)延性較差。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，普通剪力墻對于空間的嚴(yán)格分割已經(jīng)不能滿足人們對于建筑物的使用要求，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在原有剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，吸取框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地布置住宅建筑空間，成為一種新興的建筑結(jié)構(gòu)形式。綜上所述，探討高層住宅建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計要點(diǎn)同樣意義重大。

二、高層住宅建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計要點(diǎn)

1.確定恰當(dāng)?shù)慕孛娉叽?/p>

短肢剪力墻仍然屬于剪力墻，只不過墻肢較短而已。短肢剪力墻墻肢的截面高度與厚度的比一般在5-8左右。剪力墻的建筑主要是為了減少外力對建筑物的沖擊，短肢剪力墻也是如此，只不過其墻體主要以承載豎向負(fù)荷為主，以承擔(dān)水平荷載為輔。因此，在高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)延性設(shè)計中，不僅要將墻肢截面高度與厚度的比控制在5—8左右，而且墻肢截面尺寸必須適當(dāng)。一般而言，短肢剪力墻的墻體厚度不宜小于200MM?？傊?，確定恰當(dāng)?shù)慕孛娉叽缡歉邔幼≌ㄖ讨袅Y(jié)構(gòu)的延性設(shè)計的基礎(chǔ)工作，必須認(rèn)真對待。

2.重視材料的延性設(shè)計

我們已經(jīng)說過，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性與材料的延展性密切相關(guān)，延展性強(qiáng)的材料在受到外力沖擊時能夠吸收一定的能量，減少外力的沖擊，將損失降到最小。因此，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計，應(yīng)該注重剪力墻材料的延展性。目前，我國的建筑材料主要以鋼筋混凝土為主。鋼筋混凝土材料具有雙重性，高層建筑的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)只要恰當(dāng)?shù)厥褂娩摻罨炷敛牧?，就能夠消除或者減低混凝土本身的脆性形式，充分發(fā)揮它的塑性性能，實(shí)現(xiàn)高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計。

3.慎重選擇墻肢形式

通常來說，短肢剪力墻主要有T形、L形、]形、+形等幾種形式。通過觀察比對，我們發(fā)現(xiàn)這幾種形式的墻肢全部帶有翼緣。試驗(yàn)和調(diào)研表明，在截面高度和建筑材料不變的情況下，短肢剪力墻的延性隨著翼緣寬度的增加而變大。因此，采用這幾種形式的墻肢能夠保證墻體的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計。

4.適當(dāng)控制墻肢數(shù)量和墻肢長短

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是近年來新興的一種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，雖然這種結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，然而在地震多發(fā)區(qū)僅僅依靠剪力墻本身進(jìn)行抗震顯然還有一些需要改進(jìn)的地方。因此，保證高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性，不能設(shè)計只有短肢剪力墻的高層建筑，還應(yīng)該適當(dāng)設(shè)置一些一般剪力墻，使得短肢剪力墻能與一般剪力墻共同抵抗水平?jīng)_力，以增加短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性。一般來說，依據(jù)不同的抗側(cè)力，短肢墻的數(shù)量可多可少，肢長也可長可短，但是我們?nèi)匀恢鲝埣词故菫榱顺浞譂M足住宅建筑的功能需求，減少梁柱的使用，剪力墻的數(shù)量也不應(yīng)該過少，墻肢不宜過短?？傊?，適當(dāng)控制墻肢數(shù)量和墻肢長短是我們在進(jìn)行高層住宅建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計時必須注意的要點(diǎn)之一。

結(jié)語：

結(jié)構(gòu)形式對于建筑物的承重能力具有重要的影響，延性結(jié)構(gòu)是一種能夠承受更多負(fù)荷又具有較大的塑性變形能力的建筑結(jié)構(gòu)，延性結(jié)構(gòu)建筑具有較強(qiáng)的抗震能力。目前，我國人口數(shù)量較大，建筑用地緊張，高層建筑成為一種趨勢。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑中一種新型的結(jié)構(gòu)形式，探討短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計對于增加高層建筑的抗震能力，減少地震造成的損失，保證人們的生命財產(chǎn)安全具有重要的意義。

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