靳大勇

（江蘇華晟建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 徐州 221003）

高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用方案研究

靳大勇

（江蘇華晟建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 徐州 221003）

摘 要：為了滿(mǎn)足現(xiàn)階段高層建筑的使用功能要求和房屋建造的經(jīng)濟(jì)性，很有必要對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)室內(nèi)墻柱布置情況等分析，最大限度的增大房間使用面積，實(shí)現(xiàn)了建筑物功能的優(yōu)化，從而使室內(nèi)的布置更具靈活性，這就需要引起相關(guān)建筑師結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反復(fù)協(xié)商，確定短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)方案，并通過(guò)抗震性能的計(jì)算分析，保證結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的安全性，并滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性要求，解決建筑中的諸多問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高層；總結(jié)應(yīng)用；短肢剪力墻；抗震；存在問(wèn)題

一、關(guān)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的分析

1 所謂短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比介于4～8之間的剪力墻，與普通剪力墻相比，在短肢剪力墻的截面高度要小很多，因而，在滿(mǎn)足建筑使用功能上更具靈活性。短肢剪力墻的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要進(jìn)行建筑平面、間隔墻位置等因素的分析，確定豎向構(gòu)件的布置，盡可能的減少剪力墻數(shù)量，這里需要通過(guò)結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)力的計(jì)算分析，調(diào)整剪力墻的尺寸及其布置，一般結(jié)構(gòu)剛度中心與質(zhì)量中心偏差不宜過(guò)大，以滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)剛度的要求。當(dāng)房屋較長(zhǎng)時(shí)，可在房屋的端頭布置適當(dāng)普通剪力墻，以滿(mǎn)足計(jì)算指標(biāo)要求保證結(jié)構(gòu)抗震安全。在滿(mǎn)足計(jì)算的要求基礎(chǔ)上，減少剪力墻布置，增加輕質(zhì)填充墻的應(yīng)用，以節(jié)約成本并控制了房屋總重量，同時(shí)也為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供方便。

在實(shí)踐建筑應(yīng)用中，短肢剪力墻沒(méi)有一種明確的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，可以認(rèn)為是剪力墻結(jié)構(gòu)的一種形式。在高層建筑結(jié)構(gòu)布置中，規(guī)范對(duì)短肢剪力墻的數(shù)量有所控制，要求結(jié)構(gòu)布置中要有相當(dāng)數(shù)量的普通剪力墻，與短肢剪力墻協(xié)同工作應(yīng)用。

相對(duì)于普通剪力墻，短肢剪力墻的抗震性能較差，目前的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多。為安全起見(jiàn)，限制高層結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的布置。從短肢剪力墻數(shù)量入手計(jì)算分析，優(yōu)化短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，首先分析短肢剪力墻數(shù)量上限，研究結(jié)構(gòu)的總地震傾覆力矩中短肢剪力墻所承擔(dān)的比例。通過(guò)計(jì)算分析，短肢剪力墻的豎向荷載承受面積是比較大的，達(dá)到了樓層面積的40%以上。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中仍然需要在電梯井等位置布置剪力墻筒體，以滿(mǎn)足使用需要。但在確定其是否為短肢剪力墻時(shí)，L形、T形等形式的剪力墻兩肢都為短肢剪力墻時(shí)才稱(chēng)之為短肢剪力墻，只要其中一肢為普通剪力墻時(shí)都不能判定為短肢剪力墻。通過(guò)短肢剪力墻的數(shù)量上限的限制，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算中改善了短肢剪力墻的抗震性能。

目前，小高層式住宅中短肢抗震墻結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)用中能夠滿(mǎn)足造價(jià)經(jīng)濟(jì)、布局靈活的指標(biāo)要求。這就要求盡可能的保證抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置，保證其結(jié)構(gòu)體系的安全。在地震區(qū)的高層建筑中，通過(guò)短肢剪力墻剪力墻的數(shù)量控制，布置適量的剪力墻筒體，滿(mǎn)足剪力墻工作結(jié)構(gòu)的抗震安全需要。

2 豎向構(gòu)件的承載能力包括水平和豎向承載能力，通過(guò)對(duì)短肢剪力墻承載能力的分析表明，短肢剪力墻的豎向承載能力較強(qiáng)，但其短肢墻離強(qiáng)的抗側(cè)剛度較低。地震災(zāi)害研究表明水平地震作用下，墻肢處于壓、彎、剪等多種復(fù)雜受力形態(tài)，也就容易出現(xiàn)脆性剪切破壞，不利于其延性的控制。源于對(duì)短肢剪力墻的脆性破壞的控制，規(guī)范對(duì)短肢剪力墻的軸壓比限制比普通剪力墻要更為嚴(yán)格，防止短肢剪力墻承受的樓面面積范圍過(guò)大、房屋高度太大引起樓板坍塌的危險(xiǎn)。為了滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求，對(duì)高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是必要的，這就要求內(nèi)部各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)調(diào)工作，分析剪力墻的受力結(jié)構(gòu)體系工作機(jī)理。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，就要通過(guò)傾覆力矩的分析，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗地震傾覆力矩的協(xié)調(diào)工作，從而保證短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能夠承受平面內(nèi)兩個(gè)方向的地震作用力，這就需要綜合考慮X、Y兩個(gè)方向結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化，進(jìn)行有翼緣墻及其無(wú)翼緣墻的延性系數(shù)研究，更好的進(jìn)行其與水平地震力作用的分析。

規(guī)范條文對(duì)短肢剪力墻在不同抗震等級(jí)下的豎向縱筋配筋率有明確規(guī)定，同時(shí)為了提高墻肢底部加強(qiáng)區(qū)的強(qiáng)度，增大了短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，目的在于改善短肢剪力墻延性，滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)的應(yīng)用需要。

二、短肢剪力墻設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

優(yōu)化短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證其建筑平面的外緣角度的布置。如果結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致其翹曲變形的加劇，導(dǎo)致墻肢的開(kāi)裂，從而不利于結(jié)構(gòu)的抗震。由于建筑平面的外邊緣影響，短肢剪力墻的底部?jī)A覆力矩會(huì)發(fā)生變化，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用剪力墻筒體時(shí)，要進(jìn)行剛度的均衡性的研究，使建筑物的剛度分布均勻，避免其較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，剪力墻筒體本身具備了較大的剛度，可以改變整體結(jié)構(gòu)平面的剛度中心位置，短肢剪力墻的傾覆力矩的控制，提升結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩，實(shí)現(xiàn)總體抗震性能的提高。

具體來(lái)說(shuō)短肢剪力墻總的布置原則宜遵循：

1 對(duì)于不規(guī)則建筑平面，在轉(zhuǎn)角處設(shè)置剪力墻，以滿(mǎn)足整體結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)剛度。

2 布置剪力墻時(shí)宜盡量拉直、對(duì)齊，墻肢長(zhǎng)度方向的距離在2m左右的都可以通過(guò)連梁使其連成一片墻。

3 電梯井處可采用剪力墻筒體，增加整體側(cè)向剛度的同時(shí)方便了其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置，樓梯間兩側(cè)墻也盡量采用剪力墻以起到地震時(shí)保護(hù)作用。

4 通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度不夠時(shí)，在滿(mǎn)足建筑開(kāi)窗凈空要求的基礎(chǔ)上，可加大結(jié)構(gòu)外圈周?chē)牧焊?，這種措施在電算中有時(shí)非常有效。

5 房屋縱向長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，可在四角處設(shè)較長(zhǎng)剪力墻，已形成“圍圈”保證整體扭轉(zhuǎn)剛度。

總之，在進(jìn)行短肢剪力墻結(jié)構(gòu)合理化布置中要有全局意識(shí)，保證各抗側(cè)力構(gòu)件和其他構(gòu)件協(xié)同工作。確保結(jié)構(gòu)整體有清晰的傳力路徑。當(dāng)然，這些工作的前提是要有合理的力學(xué)計(jì)算模型，借助可靠的電算軟件如有限元等，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置、提供合理的構(gòu)件配筋數(shù)據(jù)。在實(shí)際工程應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可靠安全設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

結(jié)語(yǔ)

隨著人們生活條件的日益提高，人們對(duì)高層住宅的使用功能要求越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

大開(kāi)間、平面及房間布置靈活、方便，能夠?yàn)闃I(yè)主后期改造提供空間。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能夠在很大程度上滿(mǎn)足這樣的要求。因此，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅中的應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TU972

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