邵振華

摘要：本文作者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討，供大家參考借鑒。

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；探討

由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在高層住宅當(dāng)中具有一定的發(fā)展?jié)摿?，因此，在對其設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中必須要根據(jù)它的受力特點(diǎn)，全面充分的了解對其損害的不同機(jī)理，從而選擇合理的結(jié)構(gòu)。同時(shí)讓我們注意到的是，在對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要同一般的剪力墻有所區(qū)別，應(yīng)結(jié)合高層住宅的主要特點(diǎn)，把結(jié)構(gòu)應(yīng)用得剛?cè)崆‘?dāng)，同時(shí)也要具有良好的抗震措施，從而才能達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要目的。

多年來剪力墻結(jié)構(gòu)在住宅、公寓和旅館應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是剛度大，整體性好，在水平力作用下位移小，這種結(jié)構(gòu)的豎向承重構(gòu)件主要由鋼筋混凝土墻體來承擔(dān)，這種墻體有較強(qiáng)的抵抗風(fēng)和地震作用傳來的水平力（剪力）的能力，因而有更好的抗側(cè)力能力，可建造層數(shù)較多的建筑。隨著市場競爭的日益激烈，原材料的上漲，經(jīng)濟(jì)性的要求也在不斷的加強(qiáng)，其剪力墻的缺點(diǎn)也暴露出來：（一）由于剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度較大，使得其結(jié)構(gòu)自振周期變小，引起較大地震反應(yīng)；從而上部結(jié)構(gòu)配筋相應(yīng)增加，這增加了造價(jià)；（二）由于鋼筋混凝土墻體較多，使得建筑物自重增加，增加了基礎(chǔ)的費(fèi)用。上部墻體均為雙層雙向配筋，增加了鋼筋用量；（三）墻體間距的限制，空間靈活性較差；（四）由于墻肢較長，墻肢軸壓力很小，無法充分發(fā)揮墻肢的承載能力；（五）剪力墻墻體多為構(gòu)造配筋，使得鋼筋材料利用率很低。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

由于應(yīng)用普通的剪力墻結(jié)構(gòu)限定建筑的空間以及分隔，所以也滿足不了人們對空間設(shè)計(jì)的具體要求，對此，在經(jīng)過不斷的改良與實(shí)踐提高，通過應(yīng)用剪力墻作為基礎(chǔ)，同時(shí)也吸取了框架的一些優(yōu)勢，并且也逐漸的發(fā)展成為可以適應(yīng)高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也就是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好。在高層住宅中，開間均較小，分隔墻較多，采用現(xiàn)澆剪力墻?？蓪⒊兄貕p少，比較經(jīng)濟(jì)。另外，剪力墻外觀整齊，沒有露梁、露柱現(xiàn)象，便于室內(nèi)布置，因此在高層住宅中常采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，結(jié)構(gòu)周期小，地震響應(yīng)大：剪力墻結(jié)構(gòu)墻體越多，建筑物的重量越大，地震反應(yīng)也大，會(huì)造成浪費(fèi)：另外，剪力墻結(jié)構(gòu)墻體多為構(gòu)造配筋，如果配筋率太低，則結(jié)構(gòu)延性差。

1.3 結(jié)構(gòu)位移的控制最大層間位移角（應(yīng)≤l/1000）、最大水平位移與層平均位移的比值（不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.5）及最大層間位移與平均層間位移的比值（不宜大于1.2，不應(yīng)大于1.5）。結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下的位移均能很好地滿足規(guī)范限值。

1.4 剪重比是反映結(jié)構(gòu)承受地震作用大小的指標(biāo)之一，地震力計(jì)算不能偏大，但也不能太小。

2 設(shè)置角窗對高層剪力墻結(jié)構(gòu)整體效應(yīng)的影響

高層剪力墻角部是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，一般應(yīng)設(shè)L形剪力墻，而在角部設(shè)置角窗會(huì)對結(jié)構(gòu)整體效應(yīng)變化造成較大的影響。此外，通過分析轉(zhuǎn)角窗處的桿件內(nèi)力特點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)外墻內(nèi)力明顯增大，相鄰各構(gòu)件扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，特別是洞口處的連梁所受扭矩較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)角處外墻等構(gòu)件的剛度和配筋。轉(zhuǎn)角開洞對高層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處樓板的影響也較大，其原因主要是樓板角部無豎向構(gòu)件（如柱或墻肢）的可靠約束，僅有角窗長過梁作為水平向約束，而該約束又是懸臂構(gòu)件，對樓板約束較弱。當(dāng)樓板因形心與剛心偏離產(chǎn)生扭矩時(shí)，角部樓板會(huì)因扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生較大變形，致樓板開裂，嚴(yán)重時(shí)甚至影響使用功能。加上角窗位于房屋端部，在夏季炎熱的南方地區(qū)，或在冬季室內(nèi)外溫差較大的北方地區(qū)，結(jié)構(gòu)本身較易產(chǎn)生裂縫，故必須選用合理的計(jì)算模型，并采取特殊措施加強(qiáng)轉(zhuǎn)角窗處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施。

結(jié)構(gòu)角部構(gòu)件計(jì)算及構(gòu)造措施計(jì)算分析目前高層結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析一般采用中國建建筑科學(xué)研究院的SATWE，PMSAP軟件；但對不落地窗結(jié)構(gòu)，如按普通剪力墻做法，即先在平面周邊布墻再在拐角處開洞，將過梁看作連梁，則表面上似乎嚴(yán)格按實(shí)際情況輸入程序計(jì)算，但由于程序本身的缺陷，使拐角處自動(dòng)產(chǎn)生1個(gè)小于150mm的短肢剪力墻，且必須觀察立面模型才可能發(fā)現(xiàn)，故較易疏忽。該小墻肢作為角窗挑梁自由端的一個(gè)支點(diǎn)，與實(shí)際情況不符，加上由于該構(gòu)件過小且超筋，結(jié)構(gòu)一受力即產(chǎn)生破壞而給整體計(jì)算帶來麻煩，這是不可取的。因此，對轉(zhuǎn)角窗上連梁應(yīng)按普通框架梁考慮，梁高按實(shí)際輸入。不落地窗處和落地窗處分別約為1400，500mm，這種計(jì)算模型與實(shí)際受力情況相吻合。該過梁兩個(gè)方向均為懸挑構(gòu)件，梁截面相同，當(dāng)兩個(gè)方向懸挑長度不同時(shí)，應(yīng)將長跨作為次梁，短跨作為主梁，形成主次關(guān)系，兩個(gè)方向懸挑長度相差不大時(shí)，長跨仍有可能懸臂受力，在端部也可認(rèn)為互為鉸接關(guān)系。角窗上連梁參與空間協(xié)同計(jì)算，對其結(jié)果應(yīng)進(jìn)行復(fù)核。對該處連梁上筋應(yīng)按懸挑粱進(jìn)行配筋，同時(shí)由于該處連梁互為支座，梁部應(yīng)配置一定數(shù)量的底筋。因該處連梁在整體作用時(shí)內(nèi)力可能存在調(diào)幅，使梁彎矩按塑性調(diào)幅連續(xù)梁邊跨跨中彎矩，增加懸臂梁底筋對結(jié)構(gòu)剛度有利。

3 設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問題

3.1 在運(yùn)用軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整軟件的各項(xiàng)參數(shù)及簡化模型，使其最大限度地反映實(shí)際工程的情況，盡可能地使其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際模型相一致。了解各參數(shù)的實(shí)際意義，合理設(shè)置各參數(shù)。對于整體性系數(shù)較大的短肢墻，應(yīng)盡可能使其整體性系數(shù)小，這樣的結(jié)構(gòu)在水平反復(fù)荷載作用下耗能能力強(qiáng)。

3.2 工程設(shè)計(jì)不能迷信計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，更不能因某一部分的計(jì)算結(jié)果有誤差就全盤否定計(jì)算軟件，只有在實(shí)踐中逐步了解軟件并在工作中避免其產(chǎn)生誤差，這樣才能使我們的設(shè)計(jì)更安全，更合理。

3.3 要充分利用梁、墻等構(gòu)件可任意偏心布置的特點(diǎn)，盡可能避免近距離的軸線和節(jié)點(diǎn)，提高計(jì)算精度。如節(jié)點(diǎn)距離過近，可能會(huì)引起后面計(jì)算出錯(cuò)，同時(shí)應(yīng)注意構(gòu)件偏心布置時(shí)偏心不能太大，尤其不能跨節(jié)點(diǎn)或軸線。

3.4 SATWE程序中，在各種抗震等級下，墻的內(nèi)力放大系數(shù)均是隱含值，但作為設(shè)計(jì)者，應(yīng)清楚這些系數(shù)的取值。

3.5 合理確定連梁和墻肢的強(qiáng)度，要確保連梁的屈服先于墻肢的屈服。和框架結(jié)構(gòu)一樣，短肢剪力墻的設(shè)計(jì)也要遵循強(qiáng)墻肢弱連梁、強(qiáng)剪弱彎的原則。

3.6 對由軟件計(jì)算的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理分析與判斷。

3.7 在進(jìn)行短肢剪墻結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)時(shí)，必須要重視概念設(shè)計(jì)，使房屋各項(xiàng)指標(biāo)都滿足“抗震規(guī)范”及“高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”的要求。

4 結(jié)構(gòu)細(xì)部的構(gòu)造措施

由于地震荷載的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)存在不確定性，因此在抗震設(shè)計(jì)中采用概念設(shè)計(jì)，即有意識、有目的地控制薄弱層（部位）使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究中，振動(dòng)臺(tái)模擬地震試驗(yàn)結(jié)果表明：建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢，底部外圍的小墻肢，連梁等是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)。在地震力作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主，底部外用的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載破壞嚴(yán)重，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，會(huì)加劇已有的翹曲變形，建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢會(huì)首先開裂，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴(yán)重。

5 施工中應(yīng)注意的問題

5.1 由于混凝土墻肢與輕質(zhì)隔墻材質(zhì)不同，在住宅室內(nèi)裝修以及使用階段易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采用相應(yīng)的建筑處理措施；

5.2 由于墻體模板不貫通，可能產(chǎn)生混凝土澆注過程中的位移，應(yīng)注意模板驗(yàn)算以及支撐驗(yàn)算。

5.3 電路管線在混凝土墻肢與填充墻之間預(yù)留位置易產(chǎn)生偏移，應(yīng)重點(diǎn)核查。

參考文獻(xiàn)：

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