馮祿佳

摘要：短肢剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種新的住宅結(jié)構(gòu)形式，是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上吸取框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，有利于住宅建筑布置，又可進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重。探討短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的定義與特點(diǎn)優(yōu)勢及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一.建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的定義及特點(diǎn)

短肢剪力墻是指墻的肢長與墻的厚度比為5/8的一種剪力墻結(jié)構(gòu)，其有以下特點(diǎn)。

（一）滿足建筑功能的需要

墻肢與填充墻等厚，連接各墻的梁位于隔墻豎向平面內(nèi)，避免框架結(jié)構(gòu)中梁柱突出墻面的問題。墻體采用輕質(zhì)材料，符合墻體改革的方向。雖然短肢墻構(gòu)件增加了施工難度，但擴(kuò)大了使用面積。

（二）滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要

與常用的框架—抗震墻體系相比，框架—抗震墻體系具有受力明確、計(jì)算簡單等優(yōu)點(diǎn)，但其柱子截面大、梁柱外露，影響美觀和使用，在平面復(fù)雜多變的情況下結(jié)構(gòu)布置體系難趨合理，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算困難。而短肢剪力墻體系，墻肢和梁可隱蔽，結(jié)構(gòu)布置靈活，墻的數(shù)量和肢長根據(jù)抗側(cè)力的需要而定，數(shù)量可多可少，肢長可長可短，還可通過不同的尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置。

與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系具有如下優(yōu)點(diǎn)：充分利用墻肢的承載能力，避免傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體過長而通常為構(gòu)造配筋的浪費(fèi)。減輕結(jié)構(gòu)自重、降低主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價(jià)。結(jié)構(gòu)自振周期相對加大，彌補(bǔ)剪力墻體系抗側(cè)剛度大，從而地震反應(yīng)加大的缺點(diǎn)。主體結(jié)構(gòu)中大多數(shù)墻肢呈受彎工作狀態(tài)，從而保證墻體具有足夠的延性；同時大多數(shù)連梁的跨高比大于2.5，保證整體剛度的同時降低連梁的自身剛度，避免連梁的剪切破壞，使連梁也具有足夠的延性。以此來彌補(bǔ)剪力墻體系延性的不足。

二.建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置原則

（一）平面布置

短肢剪力墻一般用在10層～25層之間，按“高規(guī)”分類屬A級高度高層建筑。平面布置應(yīng)遵守的一般要求：宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則岡0度和承載力均勻；宜選用風(fēng)荷載作用較小的平面形狀；平面長度不應(yīng)過長，突出部分不應(yīng)過大；不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。但是，短肢剪力墻亦有以下幾個特點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)布置時不應(yīng)采用全部墻肢均為短肢墻的結(jié)構(gòu)方案，必須布置筒體，形成短肢剪力墻與簡體共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。全部由短肢剪力墻構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系在地震作用下，其內(nèi)力一變形曲線非常接近純框架結(jié)構(gòu)。而短肢剪力墻一筒體結(jié)構(gòu)在地震作用下，其內(nèi)力一變形曲線和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)很類似，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)由若干短肢剪力墻一弱連梁構(gòu)成的墻片受力性能非常接近壁式框架。顯然，按純框架結(jié)構(gòu)，它的允許最大高度較短肢剪力墻一筒體結(jié)構(gòu)要低得多，而且不符合結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有多道抗震防線的抗震設(shè)防思想。

（二）豎向布置

短肢剪力墻一筒體結(jié)構(gòu)的豎向布置也應(yīng)符合A級高度高層建筑的一般要求：高層建筑的豎向體形宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度平均值不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%，或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%。樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%?？拐鹪O(shè)計(jì)時，結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)力件宜上下連續(xù)貫通。剪力墻沿豎向宜連續(xù)分布，上到頂下到底，中間樓層不宜中斷。墻厚度沿豎向應(yīng)逐漸減薄，在改變截面厚度時不宜變化太大。厚度改變與混凝土強(qiáng)度等級的改變宜錯開樓層，避免結(jié)構(gòu)剛度突變。

三.建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析

（一）設(shè)計(jì)軟件

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算，目前應(yīng)用最多的有兩類：1）以薄壁桿理論為基礎(chǔ)的軟件如TAT，TBSA；2）以墻元理論為基礎(chǔ)的軟件如SATWE，SSW，TUS2000等。在設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的軟件進(jìn)行計(jì)算，必要時，還應(yīng)進(jìn)行多軟件的分析比較。在TAT，TBSA中，只需將剪力墻輸入即可，而且適合用來計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT，TBSA所用的計(jì)算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度，考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內(nèi)剛度無限大，假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高，運(yùn)算速度較墻元模型的軟件快很多。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長較短，本身較高細(xì)。更接近于桿件性能，所以，用TAT，TBSA計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)也能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力，精度較高。對設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和少部分剪力墻落地，基余剪力墻采用框支?？蛑Ъ袅κ鞘芰γ嫦蚴芰c(diǎn)過渡，由于薄壁桿件的連續(xù)處是點(diǎn)連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。

（二）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系計(jì)算結(jié)果分析、判斷和調(diào)整

采用軟件對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系計(jì)算后，應(yīng)對計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下分析、判斷和調(diào)整。

地震作用采用振型分解反應(yīng)譜法分析，目前，住宅建筑設(shè)計(jì)的平面和立面往往不規(guī)則，宜考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響，應(yīng)根據(jù)振型有效質(zhì)量系數(shù)是否大于90%來確定振型數(shù)。計(jì)算地震作用時，其第一周期對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)一般應(yīng)控制在T1=0.04N--0.08N（N為結(jié)構(gòu)計(jì)算層數(shù)）。

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。由于短肢剪力墻本身抵抗地震的能力較差，如果短肢剪力墻分配的地震力太大，則很有可能不滿足要求。

軸壓比是體現(xiàn)墻肢抵抗重力荷載代表值作用下的能力?？拐鹪O(shè)計(jì)時，各層短肢剪力墻軸壓抗震等級為一級，二級，三級時分別不宜大于0.5，0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應(yīng)降低0.1。

（三）關(guān)于構(gòu)造措施

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的短肢墻受力以承擔(dān)豎向荷載為主，承擔(dān)水平荷載為輔。因此，當(dāng)短肢剪力墻較多時，潛在的危險(xiǎn)有兩方面：1）在剪力墻簡體出現(xiàn)問題以后，很弱的短肢剪力墻沒有足夠的延性和承載力，可能隨之而破壞；2）短肢剪力墻本身在彈塑性階段抵抗豎向荷載的能力，如果短肢剪力墻失效，雖然結(jié)構(gòu)仍然可以依靠其他剪力墻或井筒抵抗地震作用，但是承受豎向荷載的梁板將受到嚴(yán)重威脅，有時會發(fā)生“連續(xù)倒塌”。因此，對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)較多的剪力墻結(jié)構(gòu)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和截面設(shè)計(jì)時，應(yīng)采取比一般剪力墻結(jié)構(gòu)更嚴(yán)的措施。

為提高短肢墻在豎向荷載下的承載力，應(yīng)增大縱向鋼筋的全截面配筋率，底部加強(qiáng)區(qū)不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，顯現(xiàn)整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力，因而對外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量，加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能。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，應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比、增大縱筋和箍筋

的配筋率。為了確保水平力可靠傳遞，核心區(qū)樓板應(yīng)適當(dāng)加厚，與核心筒相連的連梁按強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)時，短肢墻之間的梁凈跨不宜過小。

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