孫超　孫黎光　潘兵奇

【摘 要】 剪力墻結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，且結(jié)構(gòu)布置靈活，造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)性好，所以高層住宅較多的使用這種結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)、施工和使用中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化，這種結(jié)構(gòu)形式的小高層住宅是值得發(fā)展的住宅模式。

【關(guān)鍵詞】 小高層建筑；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言：

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是在普通剪力墻結(jié)構(gòu)之上發(fā)展而來的。隨著城市建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，房屋建筑的樓層在高度變得越來越高，在體型上也變得越來越笨重，尤其是在今天，高層建筑和超高層建筑已經(jīng)成為了現(xiàn)代城市建筑的主流。當(dāng)高層建筑取代了原有的低層建筑，成為現(xiàn)代城市建筑的核心時(shí)，如果在建筑結(jié)構(gòu)上仍然采用原有的普通露梁露柱和普通的剪力墻，那么必然無法滿足高層建筑的結(jié)構(gòu)需求。因此，在原有的普通剪力墻的基礎(chǔ)之上，人們探索和創(chuàng)新出了一種新型的，且能夠滿足高層建筑的結(jié)構(gòu)需求，適應(yīng)現(xiàn)代人新的住宅觀念的一種建筑結(jié)構(gòu)形式，即短肢剪力墻。

1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

1.1可以滿足建筑功能的需要

通過前面的介紹我們知道了，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是在原有的普通剪力墻結(jié)構(gòu)上發(fā)展起來的，因此，它仍然具有與普通剪力墻一樣的，分隔和限定建筑空間的功能。不同的是，短肢剪力墻墻肢的厚度和填充墻的厚度相同，且連接建筑室內(nèi)每一面墻的露梁位置處于隔墻的豎向平面內(nèi)，這樣的連接方式可以有效避免梁柱突出墻面，降低室內(nèi)墻體結(jié)構(gòu)的美觀度；其次，短肢剪力墻所采用的建筑材料是輕質(zhì)型材料，完全符合新時(shí)期下建筑墻體的改革方向；最后，在小高層建筑中使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上擴(kuò)大建筑的室內(nèi)面積和使用面積。

1.2可以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要

對(duì)于樓層數(shù)量在12層到16層之間的小高層建筑來說，采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)既可以有效保證建筑結(jié)構(gòu)的剛度，又可以使得室內(nèi)空間方正合理，并且在一定程度上擴(kuò)大建筑的使用空間。這些優(yōu)點(diǎn)都是因?yàn)槎讨袅υ诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與普通的剪力墻結(jié)構(gòu)不同。那么，短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上到底具有什么樣的特點(diǎn)呢？筆者對(duì)此作出以下分析。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小高層建筑時(shí)，相比于框架——抗震墻，它的結(jié)構(gòu)布置更加靈活而巧妙。因?yàn)椋诙讨袅w系中，其墻肢和露梁都可以隱蔽在建筑墻體中，其墻肢的數(shù)量和長(zhǎng)度都可以根據(jù)建筑抗側(cè)力的具體需要而定，長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短，數(shù)量也可多可少。這樣的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)是一般的框架——抗震墻體系無法比擬的。其次，短肢剪力墻與普通的剪力墻相比，它能夠避免鋼筋材料的浪費(fèi)。在傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中，往往會(huì)發(fā)生由于剪力墻的墻體過長(zhǎng)而不符合建筑結(jié)構(gòu)的要求，造成配筋的浪費(fèi)，但在短肢剪力墻施工中，則不會(huì)出現(xiàn)這種情況；最后，短肢剪力墻可以降低建筑主體結(jié)構(gòu)的重量，從而降低建筑地基基礎(chǔ)的造價(jià)，為企業(yè)節(jié)省相關(guān)的建筑施工成本。除了以上所說的優(yōu)點(diǎn)之外，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)還能夠保證建筑主體結(jié)構(gòu)能夠具有一定的延展性，避免連梁的剪切破壞；如果施工得體，還可適當(dāng)提高建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)；具有良好的承載能力和抗測(cè)力能力等等。

2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置中需注意的問題

短肢剪力墻應(yīng)用于具體的工程實(shí)踐時(shí)，相關(guān)施工人員要充分考慮到它所具有的較差的抗震性能，并對(duì)其結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)——抗震性，采用相關(guān)的手段進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)，以使其能夠真正滿足小高層建筑的高規(guī)要求。具體做法如下：

（1）短肢剪力墻應(yīng)均勻布置，使墻的軸向應(yīng)力差別不宜過大。豎向布置短肢剪力墻，盡可能做到墻肢上、下對(duì)齊、連續(xù)，盡量避免洞口錯(cuò)位，與連梁一起構(gòu)成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側(cè)力體系。

（2）每道短肢剪力墻宜有兩個(gè)方向的梁與之相連接，連梁盡可能布置在墻肢的豎向平面內(nèi)。短肢剪力墻應(yīng)該盡量在另一方向上設(shè)置翼緣，盡可能避免有一字形短肢剪力墻出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)布置上考慮縱橫墻的共同作用。

（3）短肢剪力墻應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)墻柱弱連梁的體系。所謂強(qiáng)墻柱，是指墻柱可采用強(qiáng)度等級(jí)高的混凝土，加強(qiáng)墻柱配筋：盡可能減少連梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墻體系計(jì)算更合理。

（4）B級(jí)高度高層建筑及9度抗震設(shè)計(jì)的A級(jí)高度高層建筑，不能采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

（5）最大適用高度比高規(guī)表中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低，且7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)分別不應(yīng)大于100m和60m。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和軟件

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計(jì)算模型同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)作為空間體系，粱和柱均采用空間桿單元，剪力墻單元模型。目前計(jì)算上可采用的三維空間分析軟件有開口薄壁計(jì)算模型，空間膜元，板殼單元模型以及墻組元模型。樓板假定有無限剛和彈性兩種，目前短肢剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM-CADI程部的兩個(gè)計(jì)算軟件，TAT（多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與計(jì)算軟件）和SATWE（高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限及分析與設(shè)計(jì)軟件）。

TAT用來計(jì)算一些結(jié)構(gòu)體系較為規(guī)整的高層建筑物，其計(jì)算模型視墻為薄壁桿件；SATWE用來計(jì)算一些結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、規(guī)模大的高層或超高層建筑物，是基于殼元理論的考慮空間組合作用的有限元分析方法，減少模型化誤差，精度高。SATWE是較實(shí)用的板殼單元模型，其特點(diǎn)是用每一節(jié)點(diǎn)六個(gè)自由度的殼無來模擬剪力墻單元。剪力墻既有平面內(nèi)的剛度，又有平面外的剛度，樓板既可以按彈性考慮，也可以按剛性板考慮，這是一種接近實(shí)際情況的模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)建筑特點(diǎn)選擇合適的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件。

值得注意的是，軟件計(jì)算時(shí)并不是墻元?jiǎng)澐值迷郊?xì)越好。當(dāng)墻元?jiǎng)澐诌^細(xì)時(shí)，由于單元有一定的厚度，當(dāng)單元的長(zhǎng)、寬與厚度之比接近時(shí)，就不能再作為墻單元計(jì)算。

4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計(jì)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是介于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和一般剪力墻結(jié)構(gòu)之間的一種結(jié)構(gòu)形式，其抗震薄弱環(huán)節(jié)是建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢、“一字形”短肢剪力墻及連梁。當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢會(huì)首先開裂；在地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主，短肢剪力墻因截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴(yán)重，尤其“一字形”小墻肢破壞最嚴(yán)重。在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于墻肢剛度相對(duì)減小，連接短肢剪力墻間的連梁已類似普通框架梁，其受剪破壞的可能性增加。因此，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)這些薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施。例如，短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，必要時(shí)可用一般剪力墻來調(diào)整剛度中心，使剛度中心盡量接近建筑物質(zhì)心，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。由于短肢剪力墻的抗側(cè)移剛度相對(duì)較小，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量利用電梯、樓梯間來形成一個(gè)核心筒，確保結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，共同抵抗水平力。核心筒作為主要抗側(cè)力構(gòu)件時(shí)，設(shè)計(jì)中應(yīng)保證核心筒與其外圍結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域可靠。短肢剪力墻的最小截面厚度要滿足規(guī)范要求的200mm，適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢厚度及長(zhǎng)度，嚴(yán)格控制短肢剪力墻截面的軸壓比不超過規(guī)范要求，并加強(qiáng)短肢剪力墻（尤其是底部）的配筋，以提高墻肢的抗扭剛度、承載力和延性。短肢剪力墻截面小，壁薄，平面外穩(wěn)定性差，故宜在兩個(gè)方向均有梁與之拉結(jié)，連梁宜布置在各肢的平面內(nèi)，避免采用“一字形”墻肢，否則應(yīng)采取加大配筋、減小軸壓比、設(shè)置端柱等加強(qiáng)措施。高層結(jié)構(gòu)中連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低，對(duì)抗震不利，故連梁設(shè)計(jì)中應(yīng)按“強(qiáng)剪弱彎”的原則進(jìn)行，如對(duì)跨高比≥5的連梁應(yīng)按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞。

5 結(jié)束語

通過本文對(duì)短肢剪力墻的優(yōu)越性的分析，可以了解到短肢剪力墻在現(xiàn)代城市建筑中，尤其是在小高層建筑的設(shè)計(jì)施工中具有很廣闊的應(yīng)用空間，為此，我們應(yīng)不斷加強(qiáng)和完善短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)式設(shè)計(jì)，提高短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，不斷完善其構(gòu)造要求，提高短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，注意結(jié)合實(shí)際情況改進(jìn)細(xì)節(jié)部位，使采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工的小高層建筑更加安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈春偉，艾冬娜.小議建筑短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析[J].黑龍江科技信息.2008（35）.

[2]劉桂華.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的幾個(gè)問題及探討[J].科技資訊.2008（05）