試論短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

摘要：本文通過工程設(shè)計介紹一種適于小高層住宅建筑的短肢墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)體系，簡述這種體系的構(gòu)成、特點、設(shè)計注意事項。

  關(guān)鍵詞：小高層住宅短肢抗震墻內(nèi)核心筒經(jīng)濟合理一．工程概況北京某工程，主體結(jié)構(gòu)地上15層地下2層，建筑總面積14400m2，開發(fā)商為了降低成本，要求設(shè)計對結(jié)構(gòu)方案進行優(yōu)化設(shè)計，并要求在滿足安全和使用的前提下，主體結(jié)構(gòu)用鋼量控制在60kg/m2以內(nèi)，為了滿足開發(fā)商的要求，設(shè)計作了以下兩個方案的比較，并從中優(yōu)選出最優(yōu)方案二．方案一：采用普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)本方案的特點是依據(jù)建筑平面布局設(shè)置鋼筋混凝土抗震墻，對較長的墻開結(jié)構(gòu)洞將其分為聯(lián)肢墻，使各墻段的剛度均勻，由于抗震墻較多，可以構(gòu)成整體抗側(cè)力很強的體系，對較高建筑抗震特別有利。但若房屋高度不大，反而會造成因剛度過大而招致較大的地震作用，而且造價也會增大，并非是理想的方案。本方案內(nèi)力計算采用SATWE高層程序，計算結(jié)果列于附表1中。三．方案二：短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)近年來隨著人們對住宅，特別是小高層及多層住宅平面不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(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是經(jīng)過不斷的實踐和改進，以剪力墻為基礎(chǔ)，并吸取框架的優(yōu)點，逐步發(fā)展而形成一種能較好適應(yīng)小高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系，即所謂“短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）”結(jié)構(gòu)體系。“短肢”剪力墻仍屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系，只不過是采用較短的剪力墻肢（短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻），而且通常采用T形、L形、］形、+形等。當(dāng)這些墻肢截面高度與墻厚之比小于等于3時，它已接近于柱的形式，但并非是方柱，因此稱之為“異形柱”。故從廣義角度講，宜將這種結(jié)構(gòu)體系稱之為“短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻結(jié)構(gòu)體系）”。另外所謂”筒體”就是以樓電梯間所組成的鋼筋混凝土核心筒；所謂“一般剪力墻”就是指墻肢截面高度與墻厚之比大于8的剪力墻。這種結(jié)構(gòu)體系當(dāng)時（2001年）無國家規(guī)范，但在我國南方應(yīng)用較多，設(shè)計主要參考天津市標(biāo)準(zhǔn)“大開間住宅鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范”（DB29-16-98）及廣東省標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土異形柱設(shè)計規(guī)范》（DBJ/T15-15-95）。當(dāng)然目前《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）中已對短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)體系有了設(shè)計要求。本方案的特點：結(jié)合建筑平面、利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，剪力墻的數(shù)量可多可少，剪力墻肢可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置；由于減少了剪力墻數(shù)量，而代之以輕質(zhì)填充墻，不僅房屋總重量可以減輕，同時也可適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使地震作用減小,這不僅對基礎(chǔ)設(shè)計有利，而且對結(jié)構(gòu)抗震較為有利,同時也可降低工程造價,還可加快施工進度.這種結(jié)構(gòu)體系通常視建筑平面及抗側(cè)力的需要，將中心豎向交通區(qū)處理成為筒體，以承受主要水平力。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，所以基本與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿-系薄壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，我認(rèn)為采用三維空間桿-墻組元分析方法計算模型更加符合實際情況，計算精度較高。本方案內(nèi)力分析采用三維空間有限元分析軟件SATWE程序計算。從以上兩種方案計算結(jié)果分析可以看出，無論是結(jié)構(gòu)受力還是經(jīng)濟指標(biāo)，第二方案均優(yōu)于第一方案另外對有底部大空間要求的轉(zhuǎn)換層剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)范要求轉(zhuǎn)換層上.下層的剛度比盡量接近1，抗震設(shè)計時小于2。通常設(shè)計時，為滿足此要求，增加轉(zhuǎn)換層以下層的剪力墻數(shù)量（面積）是最有效和最合理的，但這往往受到限制，提高混凝土強度等級所產(chǎn)生的效果比較有限，因此設(shè)計中只能通過減小轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻數(shù)量（面積）來達(dá)到減小上部抗側(cè)剛度的目的，而減少上部剪力墻面積的有效方法之一就是將上部剪力墻設(shè)計成短墻肢。這樣既能有效的減小上部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，又能減輕結(jié)構(gòu)自重及地震力作用，達(dá)到安全經(jīng)濟的目的。四，在設(shè)計有關(guān)短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意的一些問題由于短肢剪力墻抗震性能差，在地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗不多，因此在設(shè)計時，首先要選則適合的計算軟件，合理地選則計算分析方法，確定計算模型和相關(guān)參數(shù)，并加強對計算結(jié)果合理性判斷，特別要加強概念設(shè)計。對一些不利部為加強構(gòu)造措施，在符合規(guī)范要求的情況下，短肢墻是沒問題的。這就好比純框架結(jié)構(gòu)，對地震來說也是不利的結(jié)構(gòu)形式，但大家不也一直在用。所以任何一種結(jié)構(gòu)體系都有它的適用范圍，只要我們能合理設(shè)計，安全應(yīng)該沒問題。1．高層點（板）式住宅采用短肢抗震墻結(jié)構(gòu)體系，只要抗側(cè)力構(gòu)件布局合理仍然是比較理想的一種結(jié)構(gòu)體系，但在地震區(qū)，高層建筑中，剪力墻不宜過少，墻肢不宜過短，因此不應(yīng)設(shè)計僅有短肢剪力墻的高層建筑，要求設(shè)置剪力墻筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（一般剪力墻）共同抵抗水平力的結(jié)構(gòu)。2．短肢墻的布置合理、對稱、均勻、力求質(zhì)量中心與剛度中心重合，短肢墻布置應(yīng)以T形、L形、］形、+形為主，這樣可增加短肢墻抗扭和出平面外穩(wěn)定。3.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)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，因此應(yīng)加墻其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比、增加縱筋和箍筋的配筋率。4．主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)筒體（或長墻）一般利用樓、電梯間，但要注意剛度的均衡性，不要集中在一處布置使建筑產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時筒體要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過小，要使筒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)總底部地震傾覆力矩的50%，形成多道抗震防線，為了確保水平力可靠傳遞，核心區(qū)樓板適當(dāng)加厚，與核心筒相連的連梁按強剪弱彎設(shè)計，短肢墻之間的梁凈跨不宜過?。ㄒ话闳?~6M），使其具有一定的耗能作用5．短肢墻受力以承擔(dān)豎向荷載為主，承擔(dān)水平荷載為輔，其截面尺寸要適當(dāng)，墻肢截面高度與厚度之比宜在5~8左右為好，且墻厚不小于200MM，當(dāng)墻肢截面高度與厚度比小于等于3時，應(yīng)按柱的要求進行設(shè)計，短肢墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6、0.7。對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，因其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應(yīng)降低0.1。6.短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級提高一級采用，主要目的是從構(gòu)造上改善短肢剪力墻的延性。7.對于短肢剪力墻的剪力設(shè)計值，不僅底部加強部位應(yīng)按規(guī)范調(diào)整，其他各層也要調(diào)整，一、二級抗震等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2，主要目的是避免短肢剪力墻過早剪壞。8.抗震設(shè)計時，短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。9．各短肢墻應(yīng)盡量對齊、拉直，使之與連梁一起構(gòu)成較規(guī)則且連續(xù)均勻的抗側(cè)力片。并且每道短肢墻宜有兩個方向的梁與之連接。10．短肢墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可以通過不同尺寸和布置調(diào)整剛度和剛度中心位置。11．短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)體系，電算分析力學(xué)模型建議采用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE,短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系考慮，各部位宜取兩種力學(xué)模型分析結(jié)果的不利工況，短肢墻之間的梁應(yīng)根據(jù)跨高比的不同分別按連梁、框架梁計算內(nèi)力和配筋，（既一般情況下當(dāng)短剪力墻洞口形成的跨高比小于5的連梁，應(yīng)按連梁進行設(shè)計；當(dāng)跨高比不小于5時，宜按框架梁進行設(shè)計），短肢墻仍屬于剪力墻的范疇，配筋可采用一般剪力墻的計算方法，但是對于長寬比小于3的短肢墻則必須按柱的方法進行設(shè)計。注意整體計算需考慮填充墻對建筑基本自振周期影響，折減系數(shù)可取0.8~0.912.由于外墻面鋼筋混凝土短墻肢之間填充墻與鋼筋混凝土墻的變形模量不同，在二者交界處易產(chǎn)生裂縫，通常采取的措施是在做粉刷時，在二者交界面處附粘一層玻璃絲布，使應(yīng)力平緩過渡。