摘要:本文主要從短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算分析、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題及短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求進行闡述。

關(guān)鍵詞:短肢剪力墻;小高層住宅;設(shè)計

中圖分類號:TU227 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1000-8136(2009)27-0050-02

1前 言

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)中規(guī)定:短肢剪力墻是指墻截面高度與厚度之比為5～8倍剪力墻結(jié)構(gòu)，且墻后不小于200 mm。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是剪力墻結(jié)構(gòu)中的一種，多用于高層及小高層住宅建筑。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的大多數(shù)墻肢相對較短，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。近年來，隨著人們對住宅，特別是小高層住宅平面與空間的要求越來越高，原來普通框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們的需求。在這樣的情況下，由于鋼筋混凝土短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有墻肢可靈活布置，房間內(nèi)無露梁露柱的現(xiàn)象，給建筑較大的靈活空間，剪力墻數(shù)量較少，減輕了自重，減小了水平地震作用，降低了鋼筋混凝土的用量等優(yōu)點，因此得到了廣泛運用。為此，本文將重點談?wù)勑「邔幼≌卸讨袅Y(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)用。

2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點

(1)結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾。

(2)墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置。

(3)在結(jié)構(gòu)布置方面靈活性及可調(diào)整性大，可選擇的方案較多，較易處理樓蓋的支承。

(4)連接各墻的梁，隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)?？呻[蔽。

(5)根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強度要求。

3短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置

(1)短肢墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)適中，避免結(jié)構(gòu)太剛或太柔，滿足豎向荷載和抗側(cè)力需要即可。

(2)短肢剪力墻的縱橫應(yīng)盡量均勻分布，其軸向應(yīng)力不應(yīng)相差懸殊。

(3)短肢剪力墻肢間距不宜過大，在平面外邊緣及角點處，特別是外凸部分，布置必要的短肢墻，既有利于梁的支撐，又可以分散荷載，以加強其整體性和滿足平面剛性的要求。

(4)各短肢剪力墻應(yīng)盡量對齊并拉直，與連梁一起構(gòu)成成片的聯(lián)肢墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。

(5)每道短肢墻宜與兩個方向的梁連結(jié)，連梁盡可能布置在墻肢的豎平面內(nèi);連梁寬度一般宜與墻肢厚度相等;墻肢不宜過厚，以采用200 mm、250 mm或300 mm為宜;可以混合布置部分較長的墻或矩形柱。

(6)小高層珠海外圍部分的豎向構(gòu)件根據(jù)受力的需要和建筑平面布置，設(shè)置適量的鋼筋混凝土短肢剪力墻，在各短肢剪力墻的墻肢間布置連系梁，把這些短肢墻以及核心筒連成一個整體，構(gòu)成整幢建筑的結(jié)構(gòu)體系。

4短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算分析

對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿——系簿壁柱空間分析方法(TBSA、TAT)或空間桿——墻組元分析方法(TBSSAP、SATWE)。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況，精度較高。目前國內(nèi)大多采用中國建研院系列軟件中的TAT和SATWE來計算。

4.1TAT

TAT軟件采用的是三維空間模型，對剪力墻采用薄壁柱單元計算原理，對梁柱采用空間桿系計算原理。在TAT計算中，為了使結(jié)構(gòu)受力更合理，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進行計算簡化;對多肢剪力墻計算最常用的手段是按剪力墻開洞的辦法進行，開洞應(yīng)上下對齊，減少上下偏心。剪力墻開洞后，洞口上下剩余部分TAT用梁單元來模擬。開洞主要是為了把剪力墻簡化為符合薄壁柱的計算模型，同時使簡化后的剪力墻的受力更為明確。TAT中樓板采用剛性樓板假定，即平面內(nèi)剛度無限大，平面外剛度為零。此假定對規(guī)則結(jié)構(gòu)即樓板無大開洞且板厚不大的常規(guī)結(jié)構(gòu)計算誤差很小。

4.2SATWE

SATWE是專門為多高層建筑結(jié)構(gòu)分析而研發(fā)的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，適用于各種復(fù)雜體型的高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系計算。SATWE是以殼元理論為基礎(chǔ)構(gòu)造一通用的超單元墻元為模擬剪力墻，它不僅具有平面內(nèi)剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬剪力墻的受力狀態(tài)。而且墻元的每個節(jié)點都具有空間6個自由度，可方便地與任意空間梁柱單元連接，無需任何附加約束。SATWE給樓板4種簡化假定，即假定樓板整體平面內(nèi)無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。

5短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

(1)嚴格控制短肢墻的軸壓比，尤其是無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻。目前，根據(jù)國內(nèi)外研究結(jié)果，在承受壓彎作用的剪力墻中，當(dāng)處于小偏壓狀態(tài)時，墻的延性較差。不僅如此，即使在大偏壓狀態(tài)下，若軸壓比較大，混凝土受壓區(qū)的邊緣應(yīng)力很高，如果混凝土沒有約束或約束不夠，可能混凝土先達到極限壓應(yīng)變，出現(xiàn)豎向裂縫，甚至壓碎，使構(gòu)件喪失變形能力和承載能力。因此，在設(shè)計時，應(yīng)嚴格控制短肢墻的軸壓比，以保證短肢墻的延性。

(2)應(yīng)采取三維計算方法進行結(jié)構(gòu)的動力特性分析和桿件內(nèi)力計算。這時對于豎向構(gòu)件又有薄壁桿模型與墻元模型，前者是一種簡化模型，但精確度較低;后者是板元與膜元的組合，是一種高精度力學(xué)模型。

(3)由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對較小，設(shè)計時宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時也形成兩道抗震設(shè)防。

(4)各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近;抗震設(shè)計中，簡體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)底部地震傾覆力矩的50%，必要時也可以通過增加長肢墻的方法調(diào)整剛度中心位置。

(5)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震薄弱環(huán)節(jié)是建筑外邊緣及角點處的墻肢，特別是“一字形”短肢剪力墻，可出現(xiàn)先于與其相連的梁破壞的情況。如當(dāng)高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂。因此，設(shè)計時應(yīng)采取必要的措施，如對位于建筑外邊緣及角點處的短肢剪力墻應(yīng)減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率，加強小墻肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻，以保證結(jié)構(gòu)的安全性、實用性。

(6)要正確判定短肢剪力墻結(jié)構(gòu)墻肢平面內(nèi)梁的屬性。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ5-2002)規(guī)定:剪力墻開洞形成的跨高比小于5的連梁應(yīng)按連梁進行設(shè)計;當(dāng)跨高比大于5時宜按框架梁進行設(shè)計。連梁的剛度變化，直接影響了結(jié)構(gòu)的總體抗側(cè)移剛度，合理地選擇梁的截面和配筋，有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此，小高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在實際設(shè)計時，墻肢剛度可相對減小;連接各墻肢間的梁剛度不應(yīng)折減。只有這樣，才能使梁截面設(shè)計易于滿足規(guī)范的要求，也是偏于安全的。

(7)小高層住宅在設(shè)計時，為避免連梁剪切破壞先于彎曲破壞，應(yīng)滿足強剪弱彎的要求;不宜采用窗下墻作為連梁，因為窗下墻高度很大，形成剛度很大的剪切塊，不利于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，所以，宜將連梁設(shè)計成為截面、剛度較小的弱連梁。

6短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求同一般剪力墻結(jié)構(gòu)。目前我國各設(shè)計院在短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻端部暗柱的設(shè)置有兩種形式:一種是端部做暗柱，設(shè)置剪力墻水平和豎向分布筋，適于肢長較長的短肢剪力墻;另一種有點類似異形柱的配筋方法，以腹部均勻配筋，腹部鋼筋面積根據(jù)電算時人為設(shè)置豎向分布筋的配筋率來計算，電算出的暗柱鋼筋面積放在端部，適于肢長較短的短肢剪力墻，且配筋形式較簡化，利于工程施工。

短肢剪力墻的連梁應(yīng)進行正截面極限承載力計算和斜截面抗剪極限承載力計算。目前，短肢剪力墻正截面極限承載力計算多采用構(gòu)建截面分析的一般方法——全過程分析方法;連梁的正截面配筋，按矩形截面構(gòu)件計算，取上、下配筋的較大值， 按對稱配筋置于梁截面上、下部位，按斜截面抗剪計算所得的箍筋沿全跨加密設(shè)置。另外，短肢剪力墻的連梁在進行抗震設(shè)計時，其彎矩和剪力進行塑性調(diào)幅，以降低其剪力設(shè)計值;當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計值后，應(yīng)相應(yīng)提高其余部位連梁和墻肢的彎矩設(shè)計值;為避免在使用過程中連梁中裂縫開展過早、過大，當(dāng)內(nèi)力計算時連梁的剛度已經(jīng)折減，則應(yīng)限制其調(diào)幅的范圍或不再調(diào)幅。

綜上所述，關(guān)于小高層住宅建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計，文章主要從短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的布置、計算分析、構(gòu)造要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題這幾個方面進行論述。目前，隨著小高層建筑的逐漸發(fā)展和人們對住宅使用功能要求的逐步提高，由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可以靈活布置，墻肢可長可短，可落地也可帶轉(zhuǎn)換層，房間內(nèi)不會出現(xiàn)露梁露柱的現(xiàn)象，且短肢剪力墻的抗震性能也優(yōu)于異形柱剪力墻結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)計中根據(jù)其受力的特點，充分掌握和了解其受力特點和破壞機理后，并選擇合理的布置形式，正確掌握計算分析方法，它將在多、高層的住宅中有著廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

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Discuss the Design and Application of Short Limb in the Small High

Residential Building and Cut the Strength Wall Structure Lightly

Deng Xiaofeng

Abstract: This text cuts the characteristic of the wall structure system of strength， short limb cut the layout of the structure of strength wall， short limb cut the strength wall form from the short limb mainly Computational analysis， short limb that construct cut strength wall question and short limb that structural design should notice cut strength structure， wall of structure demand to explain State.

Key words: the short limb is cut the strength wall; small high residential building; design