淺談小高層住宅中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用_工程管理

1、淺談小高層住宅中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用本文主要從短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)留意的問(wèn)題及短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求進(jìn)行闡述。1前 言高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2022)中規(guī)定:短肢剪力墻是指墻截面高度與厚度之比為58倍剪力墻結(jié)構(gòu),且墻后不小于200 mm。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是剪力墻結(jié)構(gòu)中的一種,多用于高層及小高層住宅建筑。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的大多數(shù)墻肢相對(duì)較短,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。近年來(lái),隨著人們對(duì)住宅,特殊是小高層住宅平面與空間的要求越來(lái)越高,原來(lái)一般框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁

2、、一般剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿意人們的需求。在這樣的狀況下,由于鋼筋混凝土短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有墻肢可敏捷布置,房間內(nèi)無(wú)露梁露柱的現(xiàn)象,給建筑較大的敏捷空間,剪力墻數(shù)量較少,減輕了自重,減小了水平地震作用,降低了鋼筋混凝土的用量等優(yōu)點(diǎn),因此得到了廣泛運(yùn)用。為此,本文將重點(diǎn)談?wù)勑「邔幼≌卸讨袅Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)(1)結(jié)合建筑平面,利用間隔墻位置來(lái)布置豎向構(gòu)件,基本上不與建筑使用功能發(fā)生沖突。(2)墻的數(shù)量可多可少,肢長(zhǎng)可長(zhǎng)可短,主要視抗側(cè)力的需要而定,還可通過(guò)不同的尺寸和布置來(lái)調(diào)整剛度中心的位置。(3)在結(jié)構(gòu)布置方面敏捷性及可調(diào)整性大,可選擇的方案較

3、多,較易處理樓蓋的支承。(4)連接各墻的梁,隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)?？呻[藏。(5)依據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要,利用中心剪力墻,形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件,較易滿意剛度和強(qiáng)度要求。3短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置(1)短肢墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)適中,避開結(jié)構(gòu)太剛或太柔,滿意豎向荷載和抗側(cè)力需要即可。(2)短肢剪力墻的縱橫應(yīng)盡量勻稱分布,其軸向應(yīng)力不應(yīng)相差懸殊。(3)短肢剪力墻肢間距不宜過(guò)大,在平面外邊緣及角點(diǎn)處,特殊是外凸部分,布置必要的短肢墻,既有利于梁的支撐,又可以分散荷載,以加強(qiáng)其整體性和滿意平面剛性的要求。(4)各短肢剪力墻應(yīng)盡量對(duì)齊并拉直,與連梁一起構(gòu)成成片的聯(lián)肢墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。(5)每道短肢墻宜與兩個(gè)方

4、向的梁連結(jié),連梁盡可能布置在墻肢的豎平面內(nèi);連梁寬度一般宜與墻肢厚度相等;墻肢不宜過(guò)厚,以采納200 mm、250 mm或300 mm為宜;可以混合布置部分較長(zhǎng)的墻或矩形柱。(6)小高層珠海外圍部分的豎向構(gòu)件依據(jù)受力的需要和建筑平面布置,設(shè)置適量的鋼筋混凝土短肢剪力墻,在各短肢剪力墻的墻肢間布置連系梁,把這些短肢墻以及核心筒連成一個(gè)整體,構(gòu)成整幢建筑的結(jié)構(gòu)體系。4短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算,因其是剪力墻大開口而成,所以基本上與一般剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同,可采納三維桿系簿壁柱空間分析方法(TBSA、TAT)或空間桿墻組元分析方法(TBSSAP、SATWE)。其中空間桿墻組元分

5、析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際狀況,精度較高。目前國(guó)內(nèi)大多采納中國(guó)建研院系列軟件中的TAT和SATWE來(lái)計(jì)算。4.1TATTAT軟件采納的是三維空間模型,對(duì)剪力墻采納薄壁柱單元計(jì)算原理,對(duì)梁柱采納空間桿系計(jì)算原理。在TAT計(jì)算中,為了使結(jié)構(gòu)受力更合理,應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算簡(jiǎn)化;對(duì)多肢剪力墻計(jì)算最常用的手段是按剪力墻開洞的方法進(jìn)行,開洞應(yīng)上下對(duì)齊,削減上下偏心。剪力墻開洞后,洞口上下剩余部分TAT用梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬。開洞主要是為了把剪力墻簡(jiǎn)化為符合薄壁柱的計(jì)算模型,同時(shí)使簡(jiǎn)化后的剪力墻的受力更為明確。TAT中樓板采納剛性樓板假定,即平面內(nèi)剛度無(wú)限大,平面外剛度為零。此假定對(duì)規(guī)章結(jié)構(gòu)即樓板無(wú)大開洞且板厚不大的常

6、規(guī)結(jié)構(gòu)計(jì)算誤差很小。4.2SATWESATWE是特地為多高層建筑結(jié)構(gòu)分析而研發(fā)的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件,適用于各種簡(jiǎn)單體型的高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系計(jì)算。SATWE是以殼元理論為基礎(chǔ)構(gòu)造一通用的超單元墻元為模擬剪力墻,它不僅具有平面內(nèi)剛度,也具有平面外剛度,可以較好地模擬剪力墻的受力狀態(tài)。而且墻元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有空間6個(gè)自由度,可便利地與任意空間梁柱單元連接,無(wú)需任何附加約 束。SATWE給樓板4種簡(jiǎn)化假定,即假定樓板整體平面內(nèi)無(wú)限剛、分塊無(wú)限剛、分塊無(wú)限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。5短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)留意的問(wèn)題(1)嚴(yán)格掌握短肢墻的軸壓比,尤其是無(wú)翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻。目前,依據(jù)

7、國(guó)內(nèi)外討論結(jié)果,在承受壓彎作用的剪力墻中,當(dāng)處于小偏壓狀態(tài)時(shí),墻的延性較差。不僅如此,即使在大偏壓狀態(tài)下,若軸壓比較大,混凝土受壓區(qū)的邊緣應(yīng)力很高,假如混凝土沒有約束或約束不夠,可能混凝土先達(dá)到極限壓應(yīng)變,消失豎向裂縫,甚至壓碎,使構(gòu)件丟失變形力量和承載力量。因此,在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格掌握短肢墻的軸壓比,以保證短肢墻的延性。(2)應(yīng)實(shí)行三維計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性分析和桿件內(nèi)力計(jì)算。這時(shí)對(duì)于豎向構(gòu)件又有薄壁桿模型與墻元模型,前者是一種簡(jiǎn)化模型,但精確度較低;后者是板元與膜元的組合,是一種高精度力學(xué)模型。(3)由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于一般剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對(duì)較小,設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)墻,或

8、利用電梯,樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒,以避開設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形,同時(shí)也形成兩道抗震設(shè)防。(4)各墻肢分布要盡量勻稱,使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近;抗震設(shè)計(jì)中,簡(jiǎn)體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)底部地震傾覆力矩的50%,必要時(shí)也可以通過(guò)增加長(zhǎng)肢墻的方法調(diào)整剛度中心位置。(5)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震薄弱環(huán)節(jié)是建筑外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢,特殊是“一字形”短肢剪力墻,可消失先于與其相連的梁破壞的狀況。如當(dāng)高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí),會(huì)加劇已有的翹曲變形,使其墻肢首先開裂。因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)實(shí)行必要的措施,如對(duì)位于建筑外邊緣及角點(diǎn)處的短肢剪力墻應(yīng)減小軸壓比,增大縱筋和

9、箍筋的配筋率,加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能,避開形成孤立的“一”字形短肢剪力墻,以保證結(jié)構(gòu)的平安性、有用性。(6)要正確判定短肢剪力墻結(jié)構(gòu)墻肢平面內(nèi)梁的屬性。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ5-2022)規(guī)定:剪力墻開洞形成的跨高比小于5的連梁應(yīng)按連梁進(jìn)行設(shè)計(jì);當(dāng)跨高比大于5時(shí)宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。連梁的剛度變化,直接影響了結(jié)構(gòu)的總體抗側(cè)移剛度,合理地選擇梁的截面和配筋,有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此,小高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),墻肢剛度可相對(duì)減小;連接各墻肢間的梁剛度不應(yīng)折減。只有這樣,才能使梁截面設(shè)計(jì)易于滿意規(guī)范的要求,也是偏于平安的。(7)小高層住宅在設(shè)計(jì)時(shí),為避開連梁剪切破壞先于

10、彎曲破壞,應(yīng)滿意強(qiáng)剪弱彎的要求;不宜采納窗下墻作為連梁,由于窗下墻高度很大,形成剛度很大的剪切塊,不利于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì),所以,宜將連梁設(shè)計(jì)成為截面、剛度較小的弱連梁。6短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求同一般剪力墻結(jié)構(gòu)。目前我國(guó)各設(shè)計(jì)院在短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,剪力墻端部暗柱的設(shè)置有兩種形式:一種是端部做暗柱,設(shè)置剪力墻水平和豎向分布筋,適于肢長(zhǎng)較長(zhǎng)的短肢剪力墻;另一種有點(diǎn)類似異形柱的配筋方法,以腹部勻稱配筋,腹部鋼筋面積依據(jù)電算時(shí)人為設(shè)置豎向分布筋的配筋率來(lái)計(jì)算,電算出的暗柱鋼筋面積放在端部,適于肢長(zhǎng)較短的短肢剪力墻,且配筋形式較簡(jiǎn)化,利于工程施工。短肢剪力墻的連梁應(yīng)進(jìn)行正截面

11、極限承載力計(jì)算和斜截面抗剪極限承載力計(jì)算。目前,短肢剪力墻正截面極限承載力計(jì)算多采納構(gòu)建截面分析的一般方法全過(guò)程分析方法;連梁的正截面配筋,按矩形截面構(gòu)件計(jì)算,取上、下配筋的較大值, 按對(duì)稱配筋置于梁截面上、下部位,按斜截面抗剪計(jì)算所得的箍筋沿全跨加密設(shè)置。另外,短肢剪力墻的連梁在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),其彎矩和剪力進(jìn)行塑性調(diào)幅,以降低其剪力設(shè)計(jì)值;當(dāng)部分連梁降低彎矩設(shè)計(jì)值后,應(yīng)相應(yīng)提高其余部位連梁和墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值;為避開在使用過(guò)程中連梁中裂縫開展過(guò)早、過(guò)大,當(dāng)內(nèi)力計(jì)算時(shí)連梁的剛度已經(jīng)折減,則應(yīng)限制其調(diào)幅的范圍或不再調(diào)幅。綜上所述,關(guān)于小高層住宅建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),文章主要從短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的布置、計(jì)算分析、構(gòu)造要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)留意的問(wèn)題這幾個(gè)方面進(jìn)行論述。目前,隨著小高層建筑的漸漸進(jìn)展和人