李 安

摘要:短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系是在原有剪力墻結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上,吸收了框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點,近年來逐步發(fā)展形成的新結(jié)構(gòu)型式,適用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土塔式或板式高層住宅,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu),具有較強的實用性。文章從剪力墻的分類、短肢剪力墻的布置著手,對高層建筑設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的應用進行了分析。

關(guān)鍵詞:短肢剪力墻;建筑設(shè)計;風荷載荷;結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

中圖分類號:TU241文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)22-0144-02

“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上,吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,逐步發(fā)展形成的能適應人們新的住宅觀念的高層住宅的結(jié)構(gòu)型式。這種新的結(jié)構(gòu)體系由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點,受到了建筑師的肯定。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系便于利用中部豎向交通區(qū)形成較為完整的筒體,外圍布置短肢剪力墻保持墻面平整,墻肢布置靈活,同時降低了建筑結(jié)構(gòu)的混凝土用量,所以很受開發(fā)商的歡迎。

一、剪力墻的分類

房屋或構(gòu)筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載的墻體,防止結(jié)構(gòu)剪切破壞,又稱抗風墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。分平面剪力墻和筒體剪力墻。平面剪力墻用于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、升板結(jié)構(gòu)、無梁樓蓋體系中。為增加結(jié)構(gòu)的剛度、強度及抗倒塌能力,在某些部位可現(xiàn)澆或預制裝配鋼筋混凝土剪力墻?，F(xiàn)澆剪力墻與周邊梁、柱同時澆筑,整體性好。筒體剪力墻用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)中,由電梯間、樓梯間、設(shè)備及輔助用房的間隔墻圍成,筒壁均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體,其剛度和強度較平面剪力墻高可承受較大的水平荷載。

一般按照剪力墻上洞口的大小、多少及排列方式,將剪力墻分為以下幾種類型:

(一)整體墻

沒有門窗洞口或只有少量很小的洞口時,可以忽略洞口的存在,這種剪力墻即為整體剪力墻,簡稱整體墻。當門窗洞口的面積之和不超過剪力墻側(cè)面積的15%,且洞口間凈距及孔洞至墻邊的凈距大于洞口長邊尺寸時,即為整體墻。

(二)小開口整體墻

門窗洞口尺寸比整體墻要大一些,此時墻肢中已出現(xiàn)局部彎矩,這種墻稱為小開口整體墻。

(三)聯(lián)肢墻

剪力墻上開有一列或多列洞口,且洞口尺寸相對較大,此時剪力墻的受力相當于通過洞口之間的連梁連在一起的一系列墻肢,故稱連肢墻。

(四)框支剪力墻

當?shù)讓有枰罂臻g時,采用框架結(jié)構(gòu)支撐上部剪力墻,就形成框支剪力墻。在地震區(qū),禁止采用純粹的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

需要說明的是,上述剪力墻的類型劃分不是嚴格意義上的劃分,嚴格劃分剪力墻的類型還需要考慮剪力墻本身的受力特點。

二、短肢剪力墻的布置

進行短肢剪力墻布置的時候,應注意使結(jié)構(gòu)的剛度適宜,傳力路徑明確,結(jié)構(gòu)專業(yè)應較早地介入建筑專業(yè)的方案設(shè)計,使結(jié)構(gòu)布置既能滿足建筑功能的要求,又能做到經(jīng)濟合理,

(一)布置原則

1.短肢剪力墻總的布置原則是:均勻、分散、對稱、周邊。均勻、分散是要求每片剪力墻的抗側(cè)剛度相差不大,避免一、二片剛度特大的剪力墻受力過于集中。對稱布置,可使質(zhì)心和剛心重合,這樣可以避免和減少建筑物受到的扭矩。剪力墻靠近結(jié)構(gòu)單元的周邊布置,可增大房屋的外圍剛度,從而減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期。

2.高層建筑不應全部是短肢剪力墻結(jié)構(gòu),若短肢剪力墻較多,可在豎向交通中心區(qū)布置筒體或一般剪力墻來共同抵抗水平力。

3.短肢剪力墻應布置在房間分隔墻的交點處且豎向荷載較大處,但不必在每個墻交接處設(shè)短肢墻。滿足豎向荷載和抗側(cè)力的需要既可。

4.短肢墻的數(shù)量和長短可根據(jù)結(jié)構(gòu)受力的需要來確定?？捎苫咀哉裰芷趤砼袛嗉袅Σ贾檬欠窈侠?。

5.短肢墻應盡量對齊、拉直,以便和連梁構(gòu)成抗側(cè)力片。

6.在外凸部分,平面外邊緣和角點處,容易產(chǎn)生大的應力集中,應設(shè)短肢墻以滿足平面剛性和抗扭的要求。

7.采用普通樓板時,短肢剪力墻的間距不應過大,以防止樓板在自身平面內(nèi)變形過大,否則應采用預應力樓板。

(二)控制短肢墻體系的扭轉(zhuǎn)效應

結(jié)構(gòu)的剛心是結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件恢復力合力的作用點。結(jié)構(gòu)的質(zhì)心是地震慣性力合力作用點的位置,質(zhì)心就是重心,重心可用材料力學求重心的方法求出。

不對稱結(jié)構(gòu),在地震作用下除了發(fā)生平移振動外,還會發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。引起扭轉(zhuǎn)振動的主要原因在于結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心不重合,質(zhì)心和剛心的偏離會引起樓層相對平移,還引起樓層的轉(zhuǎn)動,樓層扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的位移和平移產(chǎn)生的位移疊加,可使層間位移難以滿足要求,導致不利位置結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。設(shè)計時可以通過調(diào)整短肢剪力墻的尺寸和布置來調(diào)整剛度大小和剛度中心的位置。

三、實例分析

某23層住宅采用純剪刀墻結(jié)構(gòu)和短肢墻結(jié)構(gòu)的方案對比計算:

1.方案1:剪力墻方案,按照傳統(tǒng)做法,外墻除預留門、窗洞口外,以剪力墻為主,為滿足建筑空間要求,內(nèi)墻根據(jù)需要設(shè)置了部分剪力墻,墻厚一律200mm。

2.方案2:短肢墻方案,核心區(qū)剪力墻厚200mm,短肢墻12層以下250mm,12層以上200mm,混凝土7層以下C25,以上C20,墻肢按構(gòu)造要求設(shè)置暗柱。

短肢墻方案由于剪力墻數(shù)量減少,建筑物的設(shè)計荷載減少25071kN,降低了11.3%,而剪力墻方案則由于墻肢較多,側(cè)向剛度大,自振周期短以及結(jié)構(gòu)自重大等原因?qū)е碌卣鹱饔眉哟?其底部剪力系數(shù)分別比短肢墻方案大48%(橫向)和39%(縱向),底部剪力分別增加64%(橫向)和55%(縱向)。顯然,短肢墻方案對結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)都是十分有利的。

通過上表還可看出,短股墻方案的風荷載位移和地震作用下位移均遠遠小于規(guī)范限值,說明仍有較大的安全儲備和足夠的抗側(cè)移能力,其功能水平超過了規(guī)范的功能要求。

通過上表還可看出,短肢墻方案的風荷載位移和地震作用下位移均遠小于規(guī)范限值,說明仍有較大的安全儲備和足夠的抗側(cè)移能力,其功能水平超過了規(guī)范的要求。

由于墻肢數(shù)量減少,上部結(jié)構(gòu)節(jié)約混凝土用量919m3,按當時價格水平節(jié)約造價46萬元,同時由于自重減輕使得基礎(chǔ)工程中節(jié)約34根樁,造價50多萬元,兩項合計共節(jié)約造價100多萬元。

由于墻肢數(shù)量的減少,使每一層的結(jié)構(gòu)面積減少約13.2m3,若其中一半折算成為使用面積,則23層共可以增加使用面積150m2。

四、結(jié)語

隨著新型墻體材料的不斷開發(fā)和應用,現(xiàn)代高層住宅建筑要求大開間、平面及房間布置靈活、方便,室內(nèi)不出現(xiàn)柱、梁殼,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系在高層住宅中的應用有著廣闊的發(fā)展前景。

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