高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

文/金俊武 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江杭州 311122

1、高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1.1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)

1.1.1 充分滿足建筑功能的需要

為了短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)能夠與建筑功能的需求相符合，就必須滿足以下三點(diǎn)：一、保證墻肢的厚度和填充墻的厚度是一致，這樣才能保證連接墻肢和填充墻的梁不會突出墻面，保持在豎向平面內(nèi)；二、為了保證短肢墻能夠很大程度上的滿足高層房屋建筑功能的需要，那么墻體就必須要選擇輕質(zhì)的材料；三、雖然在高層房屋建筑中使用短肢墻構(gòu)件會導(dǎo)致實(shí)際的施工變得十分困難，但是短肢墻構(gòu)件卻可以讓使用面積最大化。

1.1.2 滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要

高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系中不僅可以隱蔽梁，而且還可以隱蔽墻肢，此外、抗側(cè)力需求不僅決定了墻的數(shù)量，而且還決定了墻的肢長，而結(jié)構(gòu)的剛度以及剛度中心的位置主要是由結(jié)構(gòu)的尺寸和布置所決定。

1.1.3 結(jié)構(gòu)體系在使用方面可以靈活的運(yùn)用

考慮結(jié)構(gòu)體系使用的時(shí)候需要滿足以下五點(diǎn)：1.在間隔墻位置布置豎向構(gòu)件可以有效的避免結(jié)構(gòu)體系與建筑功能之間的矛盾；2.墻的數(shù)量和肢長的長度主要是由抗側(cè)力的需求所決定；3.結(jié)構(gòu)體系可以靈活的布置，且樓蓋的方案通常都不會很復(fù)雜；4.連接各墻的梁是可隱蔽的，主要是設(shè)置在豎向平面內(nèi)；5.為了保證結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度能夠滿足需求，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的時(shí)候需要利用中心剪力墻進(jìn)而形成主要的側(cè)力構(gòu)件。

1.2 在小高層住宅中，短肢剪力墻體系所具有的優(yōu)勢

與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系的墻肢承載能力能夠完全發(fā)揮出來，不會有剪力墻結(jié)構(gòu)中鋼筋浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生；將結(jié)構(gòu)的自重減到了最小，不僅降低了成本，還增大了建筑抵抗地震的能力，而且還會給地基承載能力較低的地區(qū)帶來更多的效益；由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的自振周期較大，可以抵消一部分的地震反應(yīng)且墻肢的高寬比通常都很大，所以結(jié)構(gòu)的承載力能夠完全發(fā)揮出來。

2、高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置時(shí)需要注意的問題

2.1 在設(shè)計(jì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該注意的問題

構(gòu)建一個(gè)完整的高層房屋建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候通常都會使用幾種類型不同的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。如果一個(gè)高層房屋建筑結(jié)構(gòu)中的短肢剪力墻的數(shù)量比較多，那么在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候還需要布置一些不同類型的剪力墻，以保證多種結(jié)構(gòu)剪力墻能夠一起抵抗水平力；如果剪力墻結(jié)構(gòu)普遍都較短，那么較短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度都不能過高，其高度通常都要低于規(guī)范中的剪力墻結(jié)構(gòu)，若抗震設(shè)計(jì)的強(qiáng)度為7，那么剪力墻的高度就應(yīng)該低于100 米，若抗震設(shè)計(jì)的強(qiáng)度為8，那么剪力墻的高度就應(yīng)該低于60 米，當(dāng)抗震設(shè)計(jì)的強(qiáng)度為9 時(shí)，那么對于a 級高度高層建筑和b 級高度高層建筑兩者而言都不能大量使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

2.2 布置高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)該注意的問題

在布置高層房屋建筑短肢剪力墻的時(shí)候盡量保證均勻，才能保證建筑物的剛度重心和質(zhì)量重心是一致的，以避免建筑物在地震中發(fā)生扭轉(zhuǎn)；短肢剪力墻通常是布置在房間間隔墻的交接處，因?yàn)檫@樣可以有效的避免短肢剪力墻與建筑的使用功能發(fā)生沖突。墻肢的具體數(shù)量主要是由抗側(cè)力所決定的，通常布置短肢剪力墻的時(shí)候是比較靈活、且易于調(diào)整的，而且短肢剪力墻在布置的時(shí)候具有很多的方案可供選擇。

3、關(guān)于高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施

因?yàn)槎讨袅Y(jié)構(gòu)體系中的短肢墻主要承擔(dān)的荷載是豎向的，因此、當(dāng)短支剪力墻比較多的時(shí)候就容易出現(xiàn)以下兩方面潛在的危險(xiǎn)問題：一、剪力墻筒體極易出現(xiàn)問題，導(dǎo)致短肢剪力墻的延性和承載能力都變差；二、如果剪力墻不能正常工作，那么梁板就會受到威脅，所以在對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的時(shí)候需要采取嚴(yán)格的加強(qiáng)措施。

3.1 保證高層房屋建筑短肢剪力墻具有足夠的延性

考慮高層房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通常所確定的最終的短肢剪力墻的抗震等級都比較高，如果高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震為一級，那么它在重力荷載作用下所產(chǎn)生的軸壓比不能高于0.5；若高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震為二級，則它的軸壓比必須小于0.6；若高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震為三級，則它的軸壓比必須小于0.7。

如果短肢剪力墻是屬于無端柱的一字形，那么結(jié)構(gòu)的延性就極易受到結(jié)構(gòu)的軸壓比的影響，為了保證該類短肢剪力墻延性是良好的，通常要求軸壓要比一般的軸壓低0.1 左右。

3.2 保證高層房屋建筑短肢剪力墻的抗剪能力

通常根據(jù)要求適當(dāng)?shù)奶岣叨讨袅Φ募袅υ龃笙禂?shù)不僅可以防止剪力墻過早的被剪壞，而且還可以通過提高短肢剪力墻的抗剪能力來解決強(qiáng)剪弱彎的現(xiàn)象。

3.3 提高高層房屋建筑短肢剪力墻的豎向承載力

通過增大縱向鋼筋的全截面配筋率便可以實(shí)現(xiàn)提高短肢剪力墻承載豎向荷載的目標(biāo)，通常底部加強(qiáng)區(qū)的配筋率不能小于百分之一點(diǎn)二，而其他部位的配筋率則不能小于百分之一。

3.4 加強(qiáng)高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性

通常水平力會對高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響，在受水平力的情況下剪力墻結(jié)構(gòu)變形都是以整體彎曲變形為主，結(jié)構(gòu)底部外圍的小墻肢不僅會承受巨大的豎向荷載，而且還會承受很大的扭轉(zhuǎn)荷載，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候可以通過加大周邊墻肢的厚度以實(shí)現(xiàn)小墻肢的抗震性能的提高。

3.5 加強(qiáng)高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施

建筑平面角部處的墻肢是整個(gè)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震最薄弱的一部分，一旦建筑平面角部出的墻肢出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)，那么建筑結(jié)構(gòu)中已經(jīng)出現(xiàn)的翹曲變形的速度就會不斷的增加，最終使得整個(gè)墻肢發(fā)生開裂，所以加強(qiáng)短肢剪力墻抗震性對于當(dāng)代建筑的發(fā)展是十分重要的，通常可以通過以下三方面來提高短肢剪力墻的抗震性：一、增大整體建筑的箍筋配筋比例；二、減小短肢剪力墻在重力荷載作用下所產(chǎn)生的軸壓比；三、增大縱筋的配筋率。

3.6 確保高層房屋建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能夠可靠的傳遞水平力

將核心區(qū)樓板進(jìn)行適當(dāng)?shù)募雍裉幚砜梢杂行У奶岣叨讨袅Y(jié)構(gòu)傳遞水平力的能力。在設(shè)計(jì)與核心筒相連的連梁時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格按照強(qiáng)剪弱彎的原則進(jìn)行，通常連接短肢墻之間的梁的凈跨應(yīng)取4 到6 米即可，不宜過小，因?yàn)檫@樣才能保證結(jié)構(gòu)具有一定的耗能作用。

結(jié)語：

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)高層房屋建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候必須要重視概念的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的時(shí)候需要清楚掌握結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)破壞的機(jī)理，才能更加合理、有效的布置短肢墻，在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要不斷吸取經(jīng)驗(yàn)，才能保證建筑結(jié)構(gòu)不僅安全、而且還經(jīng)濟(jì)、合理。