小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析_工程管理

1、小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析本文筆者依據(jù)頒布的抗震規(guī)范和高規(guī)，介紹了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)布置，并對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算分析和設(shè)計中應(yīng)留意的問題進(jìn)行了探討，提出了與其相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)計算方法和建議;一、前言近年來，隨著人們對住宅，特殊是小高層及多層住宅平面與空間的要求越來越高，原來一般框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁、一般剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿意人們對住宅空間的要求?！岸讨袅Y(jié)構(gòu)”這種新的高層住宅結(jié)構(gòu)體系由于克服了一般框架與一般剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，有利于住宅建筑布置，結(jié)合住宅建筑平面開問小、進(jìn)深小及層凹凸的特點(diǎn)，又可進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重，漸漸得到了推廣應(yīng)用，并廣泛受到建筑師和業(yè)主

2、的歡迎。本文筆者依據(jù)頒布的抗震規(guī)范和高規(guī)，在工程實踐中對該體系的結(jié)構(gòu)布置要點(diǎn)及計算中需留意的一些問題進(jìn)行了探討。二、結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)(一)滿意建筑功能的需要1、墻肢與填充墻等厚，連接各墻的梁位于隔墻豎向平面內(nèi)，避開框架結(jié)構(gòu)中梁柱突出墻面的問題。2、墻體采納輕質(zhì)材料，符合墻體改革的方向。3、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)滿意結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要1、在小高層住宅中，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，計算簡潔等優(yōu)點(diǎn)，但其柱子截面大，梁柱外露，影響美觀和使用，在平面簡單多變的狀況下結(jié)構(gòu)布置體系難趨合理，結(jié)構(gòu)分析計算困難。而短肢剪力墻體系，墻肢和梁可隱藏，結(jié)構(gòu)布置敏

3、捷。墻的數(shù)量和肢長依據(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。2、在小高層住宅中，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)：1、充分利用墻肢的承載力量，避開傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體過長而通常為構(gòu)造配筋的鋪張。2、減輕結(jié)構(gòu)自重，降低主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價，尤其對于地基承載力較低的地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益顯著。3、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)。4、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，避開連梁的剪切破壞，使連梁也

4、具有足夠的延性，以此來彌補(bǔ)剪力墻體系延性的不足。三、結(jié)構(gòu)布置中需留意的問題短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能較差，故應(yīng)加強(qiáng)抗震薄弱環(huán)節(jié)，注意概念設(shè)計，滿意高規(guī)要求。(一)短肢剪力墻應(yīng)勻稱布置，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、下對齊、連續(xù)，盡量避開洞口錯位，與連梁一起構(gòu)成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側(cè)力體系。(二)每道短肢剪力墻宜有兩個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)當(dāng)盡量在另一方向上設(shè)置翼緣，盡可能避開有一字形短肢剪力墻消失。結(jié)構(gòu)布置上考慮縱橫墻的共同作用。(三)短肢剪力墻應(yīng)設(shè)計成強(qiáng)墻柱弱連梁的體系。所謂強(qiáng)墻柱，是指墻柱可采納強(qiáng)度等級高的混凝土，加強(qiáng)

5、墻柱配筋：盡可能削減連梁高度，使安排的地震力不至于太大，也使短肢剪力墻體系計算更合理。(四)B級高度高層建筑及9度抗震設(shè)計的A級高度高層建筑，不能采納短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。(五)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)計時分別不應(yīng)大于100m和60m。四、結(jié)構(gòu)計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別的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計算模型同于一般剪力墻結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)作為空間體系，粱和柱均采納空間桿單元，剪力墻單元模型。目前計算上可采納的三維空間分析軟件有開口薄壁計算模型，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)廣泛采納中國建筑科學(xué)討

6、論院PKPM-CADI程部的兩個計算軟件，TAT(多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與計算軟件)和SATWE(高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限及分析與設(shè)計軟件)。TAT用來計算一些結(jié)構(gòu)體系較為規(guī)整的高層建筑物，其計算模型視墻為薄壁桿件;SATWE用來計算一些結(jié)構(gòu)體系簡單、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，削減模型化誤差，精度高。SATWE是較有用的板殼單元模型，其特點(diǎn)是用每一節(jié)點(diǎn)六個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，這是一種接近實際狀況的模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)針對建筑特點(diǎn)選擇合適的結(jié)構(gòu)計算軟件

7、。值得留意的是：軟件計算時并不是墻元劃分得越細(xì)越好。當(dāng)墻元劃分過細(xì)時，由于單元有肯定的厚度，當(dāng)單元的長、寬與厚度之比接近時，就不能再作為墻單元計算。五、運(yùn)用結(jié)構(gòu)計算軟件簡單忽視的問題新抗震規(guī)范和新高規(guī)已頒布實施多年，兩本規(guī)范中關(guān)于地震作用計算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力調(diào)整等內(nèi)容較以前均有很大變動。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)理解新規(guī)范中的條文內(nèi)容并在電算過程中貫徹實施。(一)總體計算中總信息的輸入1、對振型數(shù)量的要求。新高規(guī)第10章將帶轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)列為簡單高層建筑。第5.L.13條規(guī)定了計算地震作用時的最小振型數(shù)。實際上最根本的要求是要保證振型參加質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%以上。振型數(shù)最好是3的倍數(shù)。振型數(shù)的大小與結(jié)

8、構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大時，振型數(shù)也應(yīng)取大此。尤其對于高位轉(zhuǎn)換，由于轉(zhuǎn)換層的質(zhì)量遠(yuǎn)大于其他樓層，導(dǎo)致不同振型時地震作用在轉(zhuǎn)換層處突然增大，尤以轉(zhuǎn)換層位置在振型曲線振幅最大處或四周時更為顯著，因而轉(zhuǎn)換層在較高位置時，高振型的影響可能明顯增大，建議在計算分析時，取較多振型。參考取值：帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑：振型數(shù)取30;多塔樓結(jié)構(gòu)：振型數(shù)n x 9(n為塔樓數(shù))。2、連梁的剛度折減。高層建筑中的連梁是一個耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會使結(jié)構(gòu)的延性降低，對抗震不利，設(shè)計時應(yīng)留意對連梁按“強(qiáng)剪弱彎”的延性要求進(jìn)行計算。多、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中允許連梁的剛度有所下降，程序中通過連梁剛度折

9、減系數(shù)來反映開裂后的連梁剛度。但應(yīng)留意短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度相對較小，連接各墻肢的梁已類似一般框架粱，而不同于一般剪力墻問的連梁，不應(yīng)在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào)，使其設(shè)計內(nèi)力降低，應(yīng)按一般框架梁的要求，掌握混凝上壓區(qū)高度，其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%、80%來解決。3、短肢剪力墻的抗震構(gòu)造。1抗震設(shè)計時，短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比高規(guī)第48.2條規(guī)定的剪力墻抗震等級提高一級;2抗震設(shè)計時，底部加強(qiáng)層應(yīng)按高規(guī)第7.2.10條調(diào)整剪力設(shè)計值，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計值，一級抗震等級應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2;短肢剪力墻截面厚度不應(yīng)小于200 mm;抗震設(shè)計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%。其他部位不宜小于1.0%：新“抗震規(guī)范”消失了約束邊緣構(gòu)件這個概念，對抗震等級為二級及以上的短肢剪力墻，由于墻肢長度較短，約束邊緣構(gòu)件沿墻肢兩個方向近于整段墻肢，為了加強(qiáng)墑肢抗震性能，可以把整段墻肢作為約束邊緣構(gòu)件考慮。(二)程序輸入和輸出時應(yīng)留意的問題1、轉(zhuǎn)換層所在層號、框支梁、框支柱、角柱的指定。框支梁、框支柱、角柱是帶轉(zhuǎn)換層的簡單高層建筑抗震設(shè)計時需特殊加