關(guān)于單向有較多短墻肢的剪力墻結(jié)構(gòu)的思考

張亞江 殷欣

摘 要 高層住宅中，由于建筑功能需要，結(jié)構(gòu)X向存在較多h/b<4的墻肢；且一般X向高寬比較小，結(jié)構(gòu)變形容易滿足規(guī)范要求，為達(dá)到節(jié)材的目的，設(shè)計(jì)人員在X向很少布置長(zhǎng)墻；此類結(jié)構(gòu)在X向水平力作用下，變形特性為剪切變形，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常錯(cuò)誤性的將此類結(jié)構(gòu)按照剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此種做法存在重大抗震安全隱患。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視概念設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)此類結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞 較多短墻肢墻的剪力墻結(jié)構(gòu) 剪切變形 彎曲變形

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

高層住宅中，多采用剪力墻結(jié)構(gòu)，由于建筑功能需要，結(jié)構(gòu)在X向開洞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在X向存在較多h/b<4的墻肢（圖1）；且由于X向一般高寬比較大，抗震設(shè)防時(shí)，X向變形較容易滿足規(guī)范要求。設(shè)計(jì)人員為達(dá)到節(jié)材的目的，往往在X向布置很少的長(zhǎng)剪力墻（指h/b>8的剪力墻），且通常將此類結(jié)構(gòu)按照剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)防時(shí)，此類結(jié)構(gòu)存在重大安全隱患，應(yīng)引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的高度重視。本文結(jié)合某工程，重點(diǎn)探討此類結(jié)構(gòu)存在的安全隱患。

1工程概況

本工程為某7度設(shè)防地區(qū)一小高層，層數(shù)為12層，高度為35.1米，結(jié)構(gòu)剪力墻布置如圖2。設(shè)防烈度7度（0.10g），Ⅱ類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)分類為第二組，場(chǎng)地特征周期為0.40s，結(jié)構(gòu)中所有豎向構(gòu)件均為剪力墻，結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí)，也均按剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2問題的提出

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》）3.4.3條判斷，該結(jié)構(gòu)為抗震規(guī)則結(jié)構(gòu)。豎向構(gòu)件均為剪力墻。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常關(guān)注的各大指標(biāo)都能滿足規(guī)范要求，按常規(guī)理解，此類結(jié)構(gòu)按照剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒有任何問題。但有一個(gè)細(xì)節(jié)引起筆者的注意，結(jié)構(gòu)在X向最大層間位移發(fā)生在結(jié)構(gòu)的中下部，而Y向最大層間位移發(fā)生在結(jié)構(gòu)的頂部，這個(gè)與一般力學(xué)概念不相符。從力學(xué)角度分析，水平力作用下，剪力墻結(jié)構(gòu)為彎曲變形，最大層間位移應(yīng)位于中上部。筆者專門查看了一下該結(jié)構(gòu)在水平力作用下的側(cè)移曲線（圖3），從此圖能明顯看出：水平力作用下，結(jié)構(gòu)在X向的變形特性為剪切變形，在Y向的變形特性為彎曲變形。水平力作用下，結(jié)構(gòu)在X向和Y向呈現(xiàn)完全不同的變形特性。

此結(jié)構(gòu)與《抗規(guī)》3.5.3條第三款“結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜接近”規(guī)定不相符。且《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）7.1.1條條文說(shuō)明中明確表示：本規(guī)程所指的剪力墻結(jié)構(gòu)是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結(jié)構(gòu)，其變形特點(diǎn)為彎曲變形。因此筆者認(rèn)為，將此類結(jié)構(gòu)按照《高規(guī)》關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求設(shè)計(jì)，存在嚴(yán)重安全隱患。

3此類結(jié)構(gòu)的安全隱患

3.1中大震下抗震性能無(wú)法保證

現(xiàn)行規(guī)范抗震設(shè)計(jì)采用“三水準(zhǔn)兩階段設(shè)計(jì)”。三水準(zhǔn)即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。兩階段設(shè)計(jì)：第一階段，包括兩方面：首先，眾值烈度結(jié)構(gòu)基本彈性，安全性采用基于概率分項(xiàng)系數(shù)的抗震承載力驗(yàn)算，滿足小震強(qiáng)度要求。其次，限制小震的彈性層間位移角；同時(shí)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)的延性、變形能力和耗能能力，滿足中震變形要求。第二階段，限制大震下結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角；并采取必要的抗震構(gòu)造措施滿足大震防倒塌要求。中大震下的性能主要靠構(gòu)造來(lái)保證。

彎曲變形結(jié)構(gòu)的耗能和延性優(yōu)于于剪切變形的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)行規(guī)范中，延性和耗能主要通過(guò)抗震措施來(lái)保證，規(guī)范對(duì)于兩種結(jié)構(gòu)的抗震措施明顯不同，剪切變形結(jié)構(gòu)的抗震措施明顯嚴(yán)于彎曲變形結(jié)構(gòu)。當(dāng)X向和Y向都按照剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用相同的抗震措施時(shí)，X向的抗震措施低于規(guī)范要求，很難滿足中大震下的抗震需求。

3.2薄弱層計(jì)算失真

現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的輸入有兩種模型：一種是按照剪力墻輸入，計(jì)算模型為基于殼單元的墻元模型；一種按照柱輸入，計(jì)算模型為桿元或者薄壁柱模型。對(duì)于這兩種模型，在計(jì)算結(jié)構(gòu)層間剛度、豎向抗剪承載力時(shí)，采用不同的計(jì)算方法，這兩種計(jì)算方法的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。影響對(duì)結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則性的判定。結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性的判定，是結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，概念設(shè)計(jì)一旦失誤，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響是災(zāi)難性的。

4總結(jié)

（1）《高規(guī)》中關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)定，適用于“水平力作用下變形特性為彎曲變形”的結(jié)構(gòu)，而不是豎向構(gòu)件全部為剪力墻的結(jié)構(gòu)。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)基本力學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)引起重視。

（3）目前現(xiàn)有計(jì)算軟件，無(wú)法計(jì)算此類結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員在碰到此種情況時(shí)，應(yīng)在X向多布長(zhǎng)墻，根據(jù)水平力作用下的變形特性確定長(zhǎng)墻數(shù)量。

參考文獻(xiàn)

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