李明燕
摘要:本文主要結(jié)合短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的含義,簡要分析了其結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,并且詳細(xì)分析了短肢剪力墻在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;短肢剪力墻;優(yōu)點
前言
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)就是指剪力墻結(jié)構(gòu)中存在比較多的短肢剪力墻的情況,就是一種由短肢剪力墻構(gòu)成建筑其他部分,剪力墻薄壁簡體構(gòu)成結(jié)構(gòu)平面中部的結(jié)構(gòu)模式。它一般具有四個特點:第一,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的梁是連接建筑內(nèi)各面墻的,建筑實施時可以設(shè)計在間隔墻的縱向平面里面,節(jié)省空間。第二,可以根據(jù)抗側(cè)力來適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中墻的規(guī)模和數(shù)量,設(shè)計靈活科學(xué)。選擇方案也是多樣化的,人們的選擇可以個性化,并且處理樓蓋支承的方法也相對簡單。第三,為了能夠滿足建筑平面的強(qiáng)度及剛度的要求,主要抗側(cè)力構(gòu)件使用了中心剪力墻。第四,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)并不會破壞、影響建筑的使用功能,相反能夠合理有效的與建筑平面相融合,利用間隔墻的位置安置豎向構(gòu)件。
一、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點
1.可以滿足建筑功能的需要
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是在原有的普通剪力墻結(jié)構(gòu)上發(fā)展起來的,因此,它仍然具有與普通剪力墻一樣的,分隔和限定建筑空間的功能。不同的是,短肢剪力墻墻肢的厚度和填充墻的厚度相同,且連接建筑室內(nèi)每一面墻的露梁位置處于隔墻的豎向平面內(nèi),這樣的連接方式可以有效避免梁柱突出墻面,降低室內(nèi)墻體結(jié)構(gòu)的美觀度;其次,短肢剪力墻所采用的建筑材料是輕質(zhì)型材料,完全符合新時期下建筑墻體的改革方向;最后,在小高層建筑中使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu),可以在一定程度上擴(kuò)大建筑的室內(nèi)面積和使用面積。
2.可以滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要
對于樓層數(shù)量12層到16層之間的小高層建筑來說,采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)既可以有效保證建筑結(jié)構(gòu)的剛度,又可以使得室內(nèi)空間方正合理,并且在一定程度上擴(kuò)大建筑的使用空間。這些優(yōu)點都是因為短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計上與普通的剪力墻結(jié)構(gòu)不同。那么,斷肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計上到底具有什么樣的特點呢? 筆者對此作出以下分析。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層建筑時,相比于框架--抗震墻,它的結(jié)構(gòu)布置更加靈活而巧妙。因為,在短肢剪力墻體系中,其墻肢和露梁都可以隱蔽在建筑墻體中,其墻肢的數(shù)量和長度都可以根據(jù)建筑抗側(cè)力的具體需要而定,長度可長可短,數(shù)量也可多可少。這樣的設(shè)計優(yōu)勢是一般的框架--抗震墻體系無法比擬的。其次,短肢剪力墻與普通的剪力墻相比,它能夠避免鋼筋材料的浪費。在傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中,往往會發(fā)生由于剪力墻的墻體過長而不符合建筑結(jié)構(gòu)的要求,造成配筋的浪費,但在短肢剪力墻施工中,則不會出現(xiàn)這種情況;最后,斷肢剪力墻可以降低建筑主體結(jié)構(gòu)的重量,從而降低建筑地基基礎(chǔ)的造價,為企業(yè)節(jié)省相關(guān)的建筑施工成本。除了以上所說的優(yōu)點之外,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)還能夠保證建筑主體結(jié)構(gòu)能夠具有一定的延展性,避免連梁的剪切破壞;如果施工得體,還可適當(dāng)提高建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震等級;具有良好的承載能力和抗測力能力等等。
二、民用建筑中短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1. 短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)布置
(1)較大程度化地均勻布置短肢剪力墻的縱向及橫向構(gòu)件,將其軸向應(yīng)力集中在平均值左右,不應(yīng)該波動太大。(2)合理設(shè)計短肢剪力墻的墻肢間距,為了滿足平面剛性強(qiáng)度的要求和強(qiáng)化建筑整體性,角點處、平面外邊緣,尤其注意外凸位置都有必要設(shè)計布置短墻肢,這樣不僅能夠削弱分散荷載,還能加強(qiáng)梁的支撐力(兩根連梁之間的墻)。(3)通常每面短肢墻連結(jié)兩個不同方向的梁,并且連梁布置在墻肢的縱平面是最為合理的。連梁的寬度通常與墻肢的厚度一致;墻肢一般選擇使用200mm、250mm、300mm這些適中的厚度;也可以組合布置矩形柱或者一些較長的墻。(4)短肢墻的數(shù)量不宜太多或太少,結(jié)構(gòu)的剛度也要適中,必須能適應(yīng)縱向荷載和抗側(cè)力要求。(5)每道短肢剪力墻都盡可能拉直且對整齊,與連梁一起形成整片的聯(lián)肢墻來提高抗側(cè)力。
2.短肢剪力墻在設(shè)計時應(yīng)注意的問題
首先,因為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的剛度強(qiáng)度比一般剪力墻結(jié)構(gòu)的相對較小,所以設(shè)計時應(yīng)該布置適量的長墻,或者利用樓梯間、電梯構(gòu)成剛度較大的內(nèi)筒,防止設(shè)防烈度下的結(jié)構(gòu)變形,也構(gòu)成了兩道抗震設(shè)防。其次,短肢剪力墻在設(shè)計時要嚴(yán)格控制短肢墻的軸壓比。有研究表明,在小偏壓的狀態(tài)下剪力墻的延展性比較差,如果混凝土的約束力不強(qiáng),可能會導(dǎo)致縱向裂縫的出現(xiàn),甚至在壓碎時,使構(gòu)件失去承載和變形能力。因此,規(guī)范對剪力墻的變性能力規(guī)定了軸壓比的限值,也要求應(yīng)按混凝土壓應(yīng)變大小設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的設(shè)計方案,來確保改善短肢墻的延展性。第三,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動力特性分析和桿件內(nèi)力計算時,應(yīng)該使用三維計算方法。此時的豎向構(gòu)件有簡化的薄壁桿模型和高精度力學(xué)的墻元模型。薄壁桿模型的精確度相對較低;墻元模型是板元與膜元的組合。第四,短肢剪力墻是通過連梁來連接各墻肢的,加強(qiáng)了墻肢的約束,增加了墻肢和結(jié)構(gòu)的抗震性。結(jié)構(gòu)總體抗側(cè)剛度受到連梁剛度變化的影響,因此合理選擇配筋和梁截面能夠增加結(jié)構(gòu)的抗震能力。設(shè)計連梁時要遵照強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁的原則,防止連梁剪切破壞。連梁剛度的逐步增大會使結(jié)構(gòu)地震作用明顯增大,最終導(dǎo)致墻肢內(nèi)力和連梁的增大。這就要求必須增加構(gòu)件的配筋量,在建筑的實際實施中,不宜采用窗下墻作為連梁,其高度很大,易造成剛度較大的剪切塊,對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計有不利影響。因此,連梁設(shè)計最好是剛度、截面較小的弱連梁。
三、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實例
某住宅樓,主體結(jié)構(gòu)地上18層地下1層,建筑面積約13000m2, 為達(dá)到降低成本的目的,結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要對結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,在保證結(jié)構(gòu)體系安全可靠的前提下,降低主體結(jié)構(gòu)含鋼量。因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計者做了以下兩個結(jié)構(gòu)方案,通過比較,從中優(yōu)選出最優(yōu)方案。
方案一: 筒體與短肢剪力墻結(jié)合使用。"筒體"是指: 以樓梯間、電梯間四周墻體組成鋼筋混凝土核心筒。筒體承受主要水平力。
本方案結(jié)合建筑平面布置豎向構(gòu)件,剪力墻的布置與墻肢長度根據(jù)數(shù)值模擬的計算結(jié)果進(jìn)行多次調(diào)整,主要視抗側(cè)力的需要以及軸壓比的限值而定,并通過調(diào)整剪力墻布置以調(diào)整整體剛度和剛度中心的位置;數(shù)值模擬計算采用三維有限元分析軟件PKPM結(jié)構(gòu)軟件。在水平力作用下結(jié)構(gòu)各層的位移角,可見結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能滿足要求。相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)體系,由于減少了剪力墻數(shù)量,結(jié)構(gòu)自重降低,整體剛度也適當(dāng)降低,地震響應(yīng)減弱,有利于基礎(chǔ)設(shè)計,同時也降低了工程造價。
方案二: 普通剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑要求和一般原則設(shè)置剪力墻,保持結(jié)構(gòu)剛度在平面上分布的均勻性,有條件的盡量使剪力墻對稱布置#剪力墻構(gòu)件通過梁板的連接形成整體抗側(cè)力強(qiáng)度和剛度很高的體系#若房屋高度不大,會因剛度過大使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)加劇,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大,使造價提高并且對結(jié)構(gòu)安全不利,并非是理想的方案。數(shù)值模擬計算采用PKPM-SAT-WE結(jié)構(gòu)軟件。
通過以上兩種方案計算結(jié)果的對比發(fā)現(xiàn),在結(jié)構(gòu)受力情況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩個方面,第一方案均優(yōu)于第二方案。
參考文獻(xiàn):
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