小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

1、    小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析    姚驥華【摘 要】隨著社會的發(fā)展，人們的生活生產(chǎn)水平不斷地提高，人們對房屋建筑質(zhì)量和性能也提出了更高的要求。在現(xiàn)代的小高層建筑中，通常會應(yīng)用到短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在小高層建筑工程中應(yīng)用短肢墻剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效的提高小高層建筑的質(zhì)量和性能。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)也得到了長足的發(fā)展，從而進(jìn)一步為現(xiàn)代的小高層建筑建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文通過對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的深入研究，然后對小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)探討，并提出了具體的設(shè)計(jì)方案，以供同行參考?！娟P(guān)鍵詞】小高層建筑；短肢剪力墻；結(jié)

2、構(gòu)設(shè)計(jì)0.引言隨著社會的進(jìn)步，人們對于住宅的要求也越來越高，尤其是對高層建筑平面和空間的要求越來越高，傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的漏梁、漏柱、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑的空間進(jìn)行嚴(yán)格限定和分隔已經(jīng)不能滿足人們對建筑空間進(jìn)行自主規(guī)劃的需求。在這一時(shí)代背景的要求下，在現(xiàn)代的小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用而生，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)不僅融合了傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還進(jìn)行了相信的改進(jìn)創(chuàng)新，慢慢地發(fā)展成為了能夠滿足人們對住宅空間要求的結(jié)構(gòu)形式。在現(xiàn)代的建筑工程中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的截面厚度不能超過300mm，并且剪力墻各肢截面高度和厚度之比的范圍應(yīng)該在48之間。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建筑行業(yè)也呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢，在現(xiàn)代的建筑領(lǐng)

3、域中，各種各樣的高新建筑材料和先進(jìn)的施工工藝層出不窮，從而為現(xiàn)代的建筑工程建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而隨著人們對住宅的要求越來越高，在現(xiàn)代的建筑工程中，為了滿足人們對建筑日益提高的要求，通常會應(yīng)用到短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來進(jìn)行建筑的設(shè)計(jì)規(guī)劃。本文從某工程實(shí)例出發(fā)，對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并提出了具體的設(shè)計(jì)方案，希望能夠起到拋磚引玉的效果，使同行相互探討共同提高，進(jìn)而為我國今后的小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到參考作用。1.工程概況某小區(qū)中的房屋建筑均為915層的小高層建筑，該建筑的總面積為120000m2，以地上9層小高層為例，層高3m；9層上有個(gè)躍層為第10層，局部突出屋面部分為電梯機(jī)房。

4、建筑總面積為4337.18m2，建筑總高為27.600m。本工程建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，抗震設(shè)防類別為丙類，按6度設(shè)防，地面粗糙度為c類，場地土類別為類。2.結(jié)構(gòu)方案布置分析與選擇該建筑工程起初采用的是傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)，但是在本次建筑工程中，如果采用傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)對于這種小高層建筑來說，通常會造成該結(jié)構(gòu)的剛度嚴(yán)重偏大，并且使建筑結(jié)構(gòu)的重量急劇增加，從而在地震等自然災(zāi)害中，很容易受到影響。與此同時(shí)，采用傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)還會使建筑上部的施工成本增加，從而降低工程的效益。綜合多方面因素考慮，最將本工程的剪力墻結(jié)構(gòu)確定為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻各肢截面高度和厚度之比的范圍應(yīng)該在48之間。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

5、與傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)勢在于以下幾個(gè)方面：（1）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的布置非常靈活，并且對結(jié)構(gòu)布置能夠及時(shí)調(diào)整，從而能夠滿足人們對建筑空間布置的需求。（2）在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常會用輕質(zhì)砌體替代剪力墻，使建筑結(jié)構(gòu)的剛度降低和重量降低，從能大幅度提高建筑的抗震能力。（3）墻肢高寬比較大，延性較好，對抗震有利。（4）連梁跨高比較大，以受彎破壞為主，地震作用下首先在弱連梁兩端出現(xiàn)塑性鉸，能起到很好的耗能作用。（5）墻肢的承載力得到了較充分的發(fā)揮。目前，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程jgj3-2002已對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作出了規(guī)定。在本住宅結(jié)構(gòu)平面布置中，盡量使結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度均勻?qū)ΨQ，短肢剪

6、力墻雙向布置，盡量拉通、對直，豎向布置中，力求規(guī)劃均勻，避免有過大的外挑、內(nèi)收，以及樓層剛度沿豎向突變，使整個(gè)房屋的抗側(cè)剛度中心靠近水平荷載合力的作用線，以免房屋發(fā)生扭轉(zhuǎn)。根據(jù)建筑的平面布置，在房間、樓梯間、電梯間的四角，采用z形、l形、t形或異形的墻肢。在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)注意同周期的關(guān)系，使結(jié)構(gòu)的第一自振周期避開場地土的卓越周期，以免地基與結(jié)構(gòu)形成共振或類共振，既保證結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震荷載作用下的變形控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，又要保證建筑物有相對合理的自振周期，做到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理且實(shí)用。本方案根據(jù)上述分析并經(jīng)過多次調(diào)試，得到了4種結(jié)構(gòu)方案，結(jié)構(gòu)平面布置。剪力墻截面厚度同相鄰砌體填充墻厚度均為10

7、0mm。剪力墻、梁混凝土強(qiáng)度等級為c30。板的混凝土強(qiáng)度等級均為c25。主要連梁的尺寸大都為200mm×400mm。標(biāo)準(zhǔn)層樓板厚度為120mm，頂層樓板厚度為150mm，有別于肢長肢厚比不大于4.0的異形柱，短肢剪力墻的肢長肢厚比按規(guī)范要求控制在58范圍內(nèi)，一般剪力墻的肢長肢厚比均大于8。值得注意的是，對肢長肢厚比為45范圍內(nèi)的墻肢，目前規(guī)范尚無明確條文規(guī)定其構(gòu)件類型，故設(shè)計(jì)時(shí)建議不要采用。由于原方案的剪力墻過多，使底部剪力過大，使結(jié)構(gòu)很不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)布置了少量鋼筋混凝土柱子，使結(jié)構(gòu)不是很合理。在一般剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上去掉了構(gòu)造柱并減少了少量的剪力墻。3.上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果分析3.1

8、計(jì)算結(jié)果分析從構(gòu)件力學(xué)特性上來說，短肢剪力墻的肢長與肢厚比5.0，更接近于剪力墻，故計(jì)算時(shí)將短肢剪力墻作為剪力墻而不是柱考慮應(yīng)更合理。因此，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的satwe程序（2003年版）進(jìn)行。satwe采用的是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度的殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻墻元不僅具有平面內(nèi)剛度也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的真實(shí)受力狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果較精確；同時(shí)，對樓板satwe可以考慮其彈性變形。雖然主樓結(jié)構(gòu)平面較規(guī)則，立面也無剛度突變現(xiàn)象，但由于剛度較大的電梯井處筒體有點(diǎn)偏置，會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響，為了計(jì)算準(zhǔn)確，地震作用計(jì)算考慮了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)和5%偶然偏心的影響

9、，取了27個(gè)振型計(jì)算。3.2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析為了與工程實(shí)際情況相符，假設(shè)混凝土的成本與混凝土的體積成正比，鋼筋的成本與鋼筋的體積成正比。在總造價(jià)上，暫不考慮模板及樓板等工程的造價(jià)影響。材料的單方造價(jià)混凝土為430元/m3，鋼筋4200元/t。表4為方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總，由表4知，方案4比一般剪力墻結(jié)構(gòu)在總造價(jià)上要節(jié)約17.8%，使材料得到了充分的發(fā)揮。4.結(jié)束語隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活生產(chǎn)水平顯著提高，因此人們對房屋建筑業(yè)提出了更高的要求，在現(xiàn)代的建筑工程中，傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足人們對住宅平面和空間的要求。因此，為了滿足人們對建筑平面和空間的要求，在現(xiàn)代建筑工程中通常會應(yīng)用到短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行建筑的設(shè)計(jì)規(guī)劃。小高層建筑是現(xiàn)代小區(qū)中的主流建筑，因此在小高層建筑工程中，應(yīng)用短肢剪力墻