高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

馬 堃

山東華科規(guī)劃建筑設(shè)計有限公司 山東 聊城 252000

1、前言

高層建筑設(shè)計的過程中，應(yīng)用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可以更好的對建筑平面進(jìn)行布置，在此基礎(chǔ)上還能夠有效的避免建筑結(jié)構(gòu)的剛度過大導(dǎo)致的一系列問題，因而有著良好的應(yīng)用效果。

2、短肢剪力墻的應(yīng)用特點

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有兩個明顯的優(yōu)點，可以簡化建筑物的布置。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度滿足要求時，可防止結(jié)構(gòu)剛度過大，增加地震作用和工程造價。在中小高層建筑中，每面墻的高度在5-8之間，這是剛度快速變化的關(guān)鍵。當(dāng)長寬比小于此限值時，承載力急劇下降。由此看來，短肢剪力墻的高厚比宜設(shè)置在5-8之間。節(jié)點剪力墻不易形成，厚度小于5。如果連接梁是剛性的，則形成具有剪切變形的墻框架。耦合梁剛度小，容易形成獨立的支承剛度。另一方面，在低周反復(fù)水平荷載作用下，雙肢短肢剪力墻的破壞形式為彎剪，具有一定的耗能能力。此外，還發(fā)現(xiàn)短肢剪力墻可以作為閉合節(jié)點，且左右肢的應(yīng)力分布與平面假定相似。

3、短肢剪力墻的應(yīng)用方法

短肢剪力墻高厚比為柱與正截面剪力墻之比，一般有兩種配筋方法，以下就此分析。

3.1 按柱配筋

與柱配筋類似，縱向配筋基本上分布在外圍。剪力墻具有面內(nèi)剛度大、面內(nèi)承載力大、面內(nèi)剛度和承載力相對較小的特點。變形符合平面假設(shè)。當(dāng)它受到應(yīng)力時，在平面的兩端有一個很大的應(yīng)力。根據(jù)柱的加固方法，中間筋不能接近它的強(qiáng)度，因為它靠近中性軸。同時，根據(jù)異形柱配筋的特點，考慮應(yīng)力翹曲的影響，異形柱端角配筋僅采用腹板配筋。反應(yīng)必須有良好的結(jié)構(gòu)。為了減小結(jié)構(gòu)的變形，每個軸的水平響應(yīng)分量應(yīng)盡可能對稱。在安裝剪力墻結(jié)構(gòu)時，要學(xué)會隨時使用SATWE程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過仿真結(jié)果，連續(xù)地調(diào)整每個軸上的壁肢的長度，以最小化結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)心之間的偏差。根據(jù)本技術(shù)規(guī)范的要求，甲級高層建筑抗震設(shè)計應(yīng)考慮非預(yù)期偏心。底部豎向構(gòu)件的最大水平位移和豎向位移控制在平均水平的1.2 倍以內(nèi)。在這種情況下，1.5 倍的建筑面積限制在1.0 6倍以內(nèi)。剪力墻的數(shù)量在結(jié)構(gòu)設(shè)計中也很重要。剪力墻布置過小，剪力墻側(cè)向剛度降低，剪力墻側(cè)向位移過大。如果安排太多，就沒有好的經(jīng)濟(jì)效益。一般情況下，剪力墻的數(shù)量取決于墻速、平均壓力等指標(biāo)。壁厚系數(shù)由壁厚比反映。除這兩項指標(biāo)外，還可根據(jù)工程實際情況確定剪力墻的數(shù)量。在同一地區(qū)，異形柱框架結(jié)構(gòu)是其中之一，并與本工程短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。因此，通過綜合分析，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的整體材料消耗小于異形框架結(jié)構(gòu)。因此，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。采用超級單元模擬剪力墻。這是一個具有面內(nèi)和面內(nèi)剛度的單元。也正是因為如此，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用的過程中會表現(xiàn)出更加顯著的側(cè)向位移小等應(yīng)用優(yōu)勢，并在實際應(yīng)用的過程中更加能夠節(jié)約工程成本。上述的模擬過程可以有效的體現(xiàn)出剪力墻在實際應(yīng)用的過程，具體的受力特點。同時，由于每個單元有六個自由度，空間梁單元和柱單元可以在不受任何約束的情況下很好地連接起來。利用SATWE軟件對該建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。單元模擬軟件的應(yīng)用可以有效的對短肢剪力墻應(yīng)用過程中，各個墻體之間的梁進(jìn)行模擬和分析，進(jìn)而獲取更好的應(yīng)用效果。

3.2 按剪力墻配筋

通過設(shè)置等邊構(gòu)件，使混凝土構(gòu)件的邊緣受到約束，使混凝土具有較大的變形能力，避免了混凝土受壓區(qū)的過早損傷和破壞，當(dāng)短肢剪力墻縱向配筋主要分布在暗柱端部時，短肢剪力墻縱向配筋率不小于底層的1.2 %。其它部位不應(yīng)小于1.0 %，否則暗柱配筋率可能過高，變截面配筋量可能突然變化。進(jìn)一步分析標(biāo)準(zhǔn)暗柱在實際應(yīng)用的過程中，標(biāo)準(zhǔn)暗柱的縱向配筋比的具體表現(xiàn)情況分析結(jié)果中，當(dāng)剪力墻由短肢剪力墻變?yōu)槠胀袅r，暗柱配筋量會發(fā)生突變。同時，從結(jié)構(gòu)布置上看，配筋率明顯較高。如此之外如果應(yīng)用了過多的暗柱配筋內(nèi)容也會導(dǎo)致后續(xù)應(yīng)用的過程中出現(xiàn)過大的剪力墻抗彎承載力情況，針對這樣的情況就可以采用第二種方法加固剪力墻是不合理的。

3.3 加強(qiáng)建議

由以上分析可知，短肢剪力墻的高厚比為5-8，柱與剪力墻的受力狀態(tài)相差較大。剪力墻也會改變形狀，縱向配筋主要布置在平面末端，形成暗柱。隨著高度和厚度的增加，橫向配箍率增加。當(dāng)暗柱配筋率較高時，應(yīng)降低小配筋率的主要特征值，以充分保證短肢小剪力墻的抗剪強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。

4、設(shè)計建議

由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的橫向剛度小于普通剪力墻結(jié)構(gòu)，在設(shè)計中應(yīng)設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的長肢剪力墻。結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重，形成兩個抗震設(shè)防。當(dāng)變形發(fā)生時，原有的翹曲變形會加劇，這首先會導(dǎo)致墻肢斷裂，所以盡量避免。短肢剪力墻布置在結(jié)構(gòu)附近，具有很大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。為了減小軸壓比，提高縱筋率，應(yīng)加強(qiáng)抗震施工措施。墻體應(yīng)采用兩種方式連接，以避免形成孤立的傾斜墻體，短剪力墻應(yīng)盡可能設(shè)計成連接墻。連接墻肢的梁與普通框架梁相似，但不同于普通剪力墻。對于連接梁，建議在整體計算信息中不降低連接梁的剛度，以減小設(shè)計內(nèi)力。梁端負(fù)彎矩可調(diào)整為70%塑性，按要求計算強(qiáng)剪、弱彎、強(qiáng)柱、弱梁的延性。

5、結(jié)束語

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在日益多見的高層建筑設(shè)計過程中，有著良好的應(yīng)用效果和使用價值，因而有著較大的市場需求。在實際設(shè)計的過程中需要結(jié)合具體受力特點來進(jìn)一步探索其中運行機(jī)理，合理使用結(jié)構(gòu)，確保應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和合理性。