鐘永國(guó)

（廣州市建筑科學(xué)研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司）

淺談短肢剪力墻在小高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

鐘永國(guó)

（廣州市建筑科學(xué)研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司）

短肢剪力墻在小高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，其布置靈活，可為建筑帶來(lái)較大的布置空間。在小高層建筑發(fā)展尤為迅速的今天，擴(kuò)大居住面積，改善居住環(huán)境，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)發(fā)揮著重要作用。本文根據(jù)短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)短肢剪力墻在小高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

短肢剪力墻；小高層；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

前言

隨著國(guó)家對(duì)經(jīng)濟(jì)適用房以及廉租房建設(shè)的高度重視，居民在享受經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠的同時(shí)，對(duì)于建筑內(nèi)部空間也提出了更高的要求。但是，經(jīng)濟(jì)適用房以及廉租房本身所具有較小的開間、進(jìn)深等特點(diǎn)與建筑內(nèi)部空間擴(kuò)大要求相矛盾。因此，短肢剪力墻在小高層建筑結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用，針對(duì)短肢剪力墻在小高層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析具有現(xiàn)實(shí)意義。

1　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

將墻肢截面高厚比在4～8之間的短肢剪力墻與一般剪力墻集合形成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，在房間分隔墻的交點(diǎn)處進(jìn)行布置，并合理確定數(shù)量。短肢剪力墻需要根據(jù)建筑抗測(cè)力的需要與分隔墻之間的相交形式進(jìn)行合理布置，使之在各墻肢之間設(shè)置連系梁并形成整體[1]。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系也就具有了較輕的自重，使得地震效應(yīng)對(duì)建筑本身的作用力相對(duì)減少。

短肢剪力墻在抗震性能上相對(duì)于一般剪力墻結(jié)構(gòu)要差，其受力與變形特征，與框剪結(jié)構(gòu)具有一定的相似性。同等條件下，在結(jié)構(gòu)整體遭到外界作用力而產(chǎn)生變形時(shí)，所導(dǎo)致的豎向位移也要比框剪結(jié)構(gòu)小。

2　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)根據(jù)小高層建筑本身的特點(diǎn)，充分利用豎向交通中心區(qū)分隔墻，進(jìn)行剪力墻的布設(shè)，使之形成一個(gè)完整的核心筒體系，以應(yīng)對(duì)豎向荷載以及水平荷載（如風(fēng)荷載和地震荷載等）。連系梁將短肢墻與核心筒聯(lián)系成統(tǒng)一的整體，從而使短肢剪力墻在小高層建筑中得到應(yīng)用。將墻肢肢寬設(shè)計(jì)為墻厚的4～8倍，剪力墻截面厚度設(shè)計(jì)為不小于200mm，根據(jù)建筑本身的分隔墻形式確定短肢剪力墻的布置形式，可以采用L形、T形等多種形式。

3　短肢剪力墻的應(yīng)用范圍

在高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)中，通常不會(huì)全部采用短肢剪力墻。根據(jù)《高規(guī)》相關(guān)規(guī)定，短肢剪力墻被定義為截面厚度小于300mm、各肢截面高度與厚度之比在4～8范圍之內(nèi)的剪力墻。在規(guī)定的水平地震作用下，當(dāng)短肢剪力墻能夠承受的傾覆力矩大于建筑結(jié)構(gòu)底部所能夠承受的總地震傾覆力矩的30%時(shí)，《高規(guī)》將其稱為具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。因此，在對(duì)小高層建筑結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的判定尤為重要[2]，需要合理判定。根據(jù)小高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震需求，合理設(shè)計(jì)短肢剪力墻的數(shù)量。

4　短肢剪力墻在小高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1短肢剪力墻布置分析

在進(jìn)行短肢剪力墻的布置過程中，應(yīng)該充分結(jié)合建筑本身的布置特點(diǎn)，在建筑中的布置應(yīng)該足夠均勻，合理控制墻的軸向應(yīng)力。在進(jìn)行短肢剪力墻的豎向布置時(shí)，保持墻肢上下對(duì)齊，并形成連續(xù)狀態(tài)，嚴(yán)禁洞口出現(xiàn)錯(cuò)位，使其與連梁共同構(gòu)成較多跨數(shù)的抗測(cè)力體系。對(duì)于短肢剪力墻的厚度設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范，保障建筑安全性能的前提下，降低建筑本身的自重。在進(jìn)行底部加強(qiáng)時(shí)，其厚度不應(yīng)該低于200mm，一字形獨(dú)立剪力墻的底部加強(qiáng)部位設(shè)計(jì)厚度也要在220mm以上，對(duì)于其他部位的設(shè)計(jì)厚度應(yīng)該在180mm以上。剪力墻在小高層建筑中的豎向設(shè)計(jì)可自下往上均勻減少，嚴(yán)禁其剛度突變。

4.2短肢剪力墻在小高層建筑中的抗震分析

在小高層建筑結(jié)構(gòu)形式中，樓層的最大彈性水平位移應(yīng)該盡量控制其小于該樓層兩端彈性水平位移平均值的1.2倍，在進(jìn)行空間計(jì)算模型的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮雙向扭轉(zhuǎn)的影響，以對(duì)建筑的抗震性能綜合考慮[3]。短肢剪力墻在小高層建筑中的抗震等級(jí)不再提升，并對(duì)延性著重考慮。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)抗震等級(jí)對(duì)剪力墻的軸壓比合理設(shè)計(jì)，尤其要考慮一字形短肢剪力墻的延性分析，可以將其軸壓比限值降低0.1。

4.3短肢剪力墻在小高層建筑中剪力設(shè)計(jì)值以及配筋率分析

對(duì)于短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值需對(duì)結(jié)構(gòu)底部及其他各層進(jìn)行綜合考慮，在一、二、三級(jí)抗震等級(jí)中，在設(shè)計(jì)時(shí)將其分別乘以1.4、1.2與1.1，其關(guān)鍵目的就在于避免短肢剪力墻過早受到外力沖擊而遭受破壞。短肢剪力墻的豎向鋼筋配筋率應(yīng)該根據(jù)抗震等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一、二級(jí)不應(yīng)小于1.2%，三、四級(jí)要在1.0%以上。一字形短肢剪力墻延性以及平面外穩(wěn)定性需要著重考慮，在小高層建筑中，應(yīng)該避免采用一字形短肢剪力墻。在建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻的翼緣應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加強(qiáng)。

5　短肢剪力墻在小高層設(shè)計(jì)中應(yīng)用時(shí)應(yīng)該注意的問題

5.1嚴(yán)格控制軸壓比

短肢剪力墻的軸壓比控制主要是針對(duì)端柱以及無(wú)翼緣的一字形短肢剪力墻進(jìn)行著重考慮。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在小偏壓狀態(tài)下，剪力墻承受壓力與彎矩時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致剪力墻的延展性降低[4]。并且，在大偏壓狀態(tài)下，過大的軸壓極易因?yàn)槎喾N因素的融合提前達(dá)到混凝土的極限壓應(yīng)變，使建筑本身的承載能力以及變形能力受到嚴(yán)重削弱。因此，在小高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻的軸壓比要綜合各種因素進(jìn)行確定。

5.2加強(qiáng)抗震性能的研究工作

短肢剪力墻在小高層建筑結(jié)構(gòu)中，抗震性能一直是其薄弱環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)在建筑的邊緣一級(jí)角點(diǎn)處的短墻肢的設(shè)計(jì)上。在一字形短肢剪力墻的設(shè)計(jì)工作中，對(duì)相連連梁尤為注意，加強(qiáng)延性抗震構(gòu)造措施，可適當(dāng)加厚墻體，如在厚度上選取250mm，在底部加強(qiáng)部位選取300mm。小高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造中，如何加強(qiáng)短肢剪力墻在抗震性能上的提高尤為重要[5]。目前，大多數(shù)小高層建筑功能定性為住宅模式，居民居住的較高密度要求建筑本身應(yīng)具有較高的抗震性能。

5.3合理選擇截面形式

剪力短肢墻的截面優(yōu)先選擇十字形、L形以及T形，在外墻的轉(zhuǎn)角處嚴(yán)禁使用一字形墻肢，并且在整棟建筑中，慎重選擇一字形模式，盡量少用。根據(jù)小高層建筑的抗震等級(jí)等相關(guān)要素的分析與研究，合理選擇橫截面，保障墻與梁之間的有效斷面。

5.4科學(xué)選擇計(jì)算方式

短肢剪力墻在進(jìn)行桿件內(nèi)力計(jì)算以及結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特性分析時(shí)，應(yīng)該綜合利用現(xiàn)代信息計(jì)算技術(shù)，采用三維演算方法進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)分析。另外，針對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算可采用PKPM中SATWE模塊或者盈建科等軟件進(jìn)行比較分析。豎向構(gòu)件包括薄壁桿模型以及墻元模型，根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的要點(diǎn)，合理選擇計(jì)算方式。同時(shí)，軟件計(jì)算時(shí)，墻元?jiǎng)澐植⒉恍枰^分追求細(xì)化，原因在于單元有一定的厚度，并且單元自身的長(zhǎng)、寬以及厚度之間的比例值接近時(shí)，此時(shí)不應(yīng)該再使用墻元進(jìn)行計(jì)算。

6　結(jié)語(yǔ)

在應(yīng)用短肢剪力墻的小高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)建筑本身的特點(diǎn)，分析其受力特性，并合理設(shè)計(jì)其布置形式。應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)考慮短肢剪力墻在小高層結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)初期就要嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量控制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而保障建筑整體的工程質(zhì)量。

[1]劉蘭.淺談短肢剪力墻小高層的抗震問題[J].新材料新裝飾，2013（12）：346.

[2]邢增楊.小高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探[J].價(jià)值工程，2010，29（36）：77.

[3]星顯平.大模板施工工藝在小高層短肢剪力墻施工中的應(yīng)用[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2011（8）：47～49.

[4]余柔娟.小高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（15）：204.

[5]梅長(zhǎng)騫，張慧琦.短肢剪力墻在小高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用分析[J].價(jià)值工程，2015，34（9）：204～205.

TU318

A

1673-0038（2015）30-0041-02

2015-5-25

鐘永國(guó)（1986-），男，助理工程師，研究生，主要從事結(jié)構(gòu)和巖土設(shè)計(jì)工作。