小高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、廣東建材 2007年第 7期規(guī)范行業(yè)、 提高從業(yè)人員的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。水景的設(shè) 計(jì)不是純藝術(shù)品, 也不是純美術(shù)作品, 不能是唯景觀論, 而是有生命的鏈條。水的系統(tǒng)治理服務(wù)于水景的應(yīng)用,治理好了, 將 營(yíng)造出清澈、 美麗、 生動(dòng)的水景。 建立濕地生態(tài)系統(tǒng)或通 過(guò)河岸所具有的自然河岸可滲透性或通過(guò)水生植物的 凈化功能來(lái)改善水質(zhì)。生態(tài)水景, 常用的方法是在水底設(shè)計(jì)環(huán)保型植物 群落,模擬自然的觀賞型、 植物群落, 并且適量放養(yǎng)具有 凈化功能的水生物, 人為地建立水生系統(tǒng)來(lái)達(dá)到凈化。 中水的應(yīng)用, 開(kāi)發(fā)利用中水, 大力發(fā)展節(jié)能、 降耗 產(chǎn)業(yè), 發(fā)揮水資源利用的最大效益。建立安全、 生態(tài)、 節(jié)約的居住區(qū)水景,

2、營(yíng)造和諧的居 住區(qū), 為居住區(qū)居民提供良好的娛樂(lè)、 休憩場(chǎng)所, 改善居 民生活環(huán)境必不可少的條件。1前言近年來(lái), 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高,人們對(duì) 住宅,特別是高層住宅平面與空間的要求也越來(lái)越高。 若采用框架結(jié)構(gòu), 往往因柱楞突出隔墻,妨礙美觀,影響 使用效果。若采用一般剪力墻結(jié)構(gòu), 雖無(wú)柱體外凸的缺 點(diǎn),但對(duì)于底部有停車場(chǎng)等公共設(shè)施的情況則矛盾很 大, 滿足不了建筑的使用功能; 而且, 對(duì)于房屋高度不太 大的小高層建筑, 采用剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)造成剛度過(guò)大,重 量增加,導(dǎo)致地震反應(yīng)過(guò)強(qiáng),使得上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價(jià) 提高。 所以說(shuō), 對(duì)于小高層建筑,一般剪力墻結(jié)構(gòu)體系也 不是一種理想的設(shè)計(jì)方案。為了

3、避免上述缺陷, 以一般剪力墻結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),吸 取框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),使結(jié)構(gòu)剛度調(diào)整到適宜,由此形成 了一種結(jié)構(gòu)體系 “短肢” 剪力墻結(jié)構(gòu)體系。 短肢剪力 墻結(jié)構(gòu)是指墻肢截面高度為厚度 58倍的剪力墻結(jié) 構(gòu)。和一般剪力墻相比, 這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)在于:墻肢較短,布置靈活,可調(diào)整性大,容易滿足建筑 平面的要求。減少了剪力墻而代之以輕質(zhì)砌體,結(jié)構(gòu)自重相應(yīng) 減輕, 從而減小結(jié)構(gòu)整體剛度,增大振動(dòng)周期,降低地震 作用力。墻肢高寬比較大,延性較好,對(duì)抗震有利。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。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)

4、構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ32002已對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作出了規(guī)定。2短肢剪力墻的受力性能與結(jié)構(gòu)計(jì)算 2.1受力性能短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢截面高度為厚度 58倍 的剪力墻結(jié)構(gòu),剪力墻根據(jù)整體性系數(shù) 及墻肢延高 度上彎矩的變化, 可分為 3類(見(jiàn)圖 1:滿足 10,In/Iz 時(shí), 為整體小開(kāi)口墻,它 的整體性很強(qiáng),墻肢不出現(xiàn)反彎點(diǎn),變形以彎曲變形為 主。滿足 Z 時(shí),結(jié)構(gòu)的梁、 柱剛度 比大,整體性很強(qiáng),墻肢大多出現(xiàn)反彎點(diǎn),按壁式框架考 慮。其中, In=Airi 2; I=In+Ij; Ij=Iji式中:Ai 為墻肢 i 的面積;Iji 為墻肢 i 截面的慣性矩;ri 為墻肢 i 的截面形心至組

5、合截面形心的距離。 為使短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的墻肢受力性能和變形性能 優(yōu)于異形柱, 盡量不把短肢剪力墻設(shè)計(jì)成壁式框架,考 慮到短肢剪力墻小墻肢、 大洞口的特點(diǎn),不適合設(shè)計(jì)成 整體小開(kāi)口墻結(jié)構(gòu),所以,綜合安全與經(jīng)濟(jì)因素,宜把短 肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為 10,In/IZ 的聯(lián)肢墻。 2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊剪 力墻結(jié)構(gòu)。其計(jì)算模型、 配筋方式和構(gòu)造要求均同于普 通剪力墻結(jié)構(gòu)。在 TAT、 TBSA 中, 只需按剪刀墻輸入即 可, 而且 TAT、 TBSA 更適合用來(lái)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

6、端有 6個(gè)自由度,墻視為薄 壁桿件,每端有 7個(gè)自由度(多一個(gè)截面翹曲角,即扭轉(zhuǎn) 角沿縱軸的導(dǎo)數(shù),考慮了墻單元非平面變形的影響,按 矩陣位移法由單元?jiǎng)偠染仃囆纬煽倓偠染仃?引入樓板 平面內(nèi)剛度無(wú)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。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(如有轉(zhuǎn) 換層時(shí),也存在一些不足,主要是薄壁桿件理論沒(méi)有考 慮剪切變形的影響,當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)變形不協(xié)調(diào)。而 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長(zhǎng)較短 (一般為墻厚的 58倍,本身較高細(xì),更接近于桿件性能,所以,用 TAT、 TB-SA 計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力,精 度較

7、高。對(duì)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、 核心筒和一少部分剪力墻落地,其余剪力 墻框支?？蛑Ъ袅κ鞘芰γ嫦蚴芰c(diǎn)過(guò)渡,由于薄壁 桿件的連接處是點(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。因此,帶有轉(zhuǎn)換層 的 短 肢 剪 力 墻 結(jié) 構(gòu) 宜 優(yōu) 先 采 用 墻 元 模 型 軟 件 (如 SATWE進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)然,從整體上的內(nèi)力(特別是下部支承柱的內(nèi)力分布情況來(lái)看,如果將剪力墻加以適當(dāng)?shù)?處理,還是可以用 TAT、 TBSA 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算的。 3結(jié)構(gòu)布置及特點(diǎn)短肢剪力墻屬于剪力墻的一種,所謂 “短肢” 剪力 墻, 即指墻肢截面高度與厚度之

8、比為 58的剪力墻, 小墻肢剪力墻的布置,通常結(jié)合窗間墻位置及房間四角 等布置成 “一” 字形、“ L” 形、 “ T” 形或 “十” 字形墻段,沿結(jié) 構(gòu)平面均勻布置,盡量做到對(duì)齊、 拉直,使結(jié)構(gòu)的剛心和 質(zhì)心結(jié)合,減少其扭轉(zhuǎn)。短肢剪力墻的抗側(cè)剛度相對(duì)較 小,所以,經(jīng)常在樓、 電梯周圍布置普通剪力墻,形成筒 體和短肢剪力墻共同抵抗側(cè)力,在抗震設(shè)計(jì)中,筒體和 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%。 也可以通過(guò)增加長(zhǎng)肢 墻的方法調(diào)整剛度中心位置,短肢剪力墻的抗震薄弱部 位是建筑平面外邊緣角部處的墻肢, 當(dāng)有扭轉(zhuǎn)作用時(shí), 會(huì)加劇墻肢的變形,使角部墻肢首先開(kāi)

9、裂,所以,設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)采取必要的措施,如減小軸壓比,增大縱筋和箍筋的 配筋率等,以保證結(jié)構(gòu)的安全性、 實(shí)用性。 而對(duì)由于較大 的豎向荷載和剪力使底部外圍墻肢產(chǎn)生開(kāi)裂,也應(yīng)通過(guò) 增加墻厚和配筋量等方法防止。4內(nèi)部構(gòu)造要求短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造措施, 應(yīng)遵循 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB50011-2001中有關(guān)章節(jié)的規(guī) 定進(jìn)行設(shè)計(jì)。剪力墻截面的設(shè)計(jì),應(yīng)通過(guò)正截面偏心受 壓、 偏心受拉的計(jì)算,在滿足最小筋率要求的前提下,確 定墻肢端部的受力鋼筋,即約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu) 件的縱筋, 由斜截面抗剪計(jì)算出墻肢腹板水平分布鋼 筋。在抗震設(shè)計(jì)的雙肢剪力墻中,墻肢不宜出現(xiàn)小偏心 受拉, 如果雙肢剪力墻中

10、一個(gè)墻肢出現(xiàn)小偏心受拉,該 墻肢會(huì)出現(xiàn)水平通縫而失去抗剪能力,且由荷載產(chǎn)生的 剪力將全部轉(zhuǎn)移到另一個(gè)墻肢而導(dǎo)致其抗剪承載力不 足,因此,應(yīng)當(dāng)避免墻肢出現(xiàn)小偏心受拉。在一個(gè)墻肢出現(xiàn)大偏心受拉時(shí), 因水平裂縫較大, 它承受的部分剪力也會(huì)向另一墻肢轉(zhuǎn)移,這時(shí)可將另一 墻肢的剪力及彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù) 1.25, 以提高 其抗剪承載力。墻體除了受彎、 受剪計(jì)算外,在集中荷載作用下,還 應(yīng)進(jìn)行局部受壓承載力計(jì)算。 如圖 2所示,在實(shí)際的設(shè) 計(jì)工作中,除了常規(guī)的設(shè)計(jì)方法外,也可以不設(shè)置端部 建筑設(shè)計(jì)與裝飾 183 -廣東建材 2007年第 7期圖 2短肢剪力墻配筋示意圖暗柱,受力鋼筋仍然置于墻肢的端部,

11、腹板豎向分布鋼 筋按設(shè)計(jì)配筋率均勻放置,將水平分布鋼筋做成封閉箍 筋,類似于異形柱配筋的形式,可降低施工難度,配置環(huán) 形封閉水平筋并配置水平拉筋后,可增加對(duì)混凝土的約 束,有利于提高混凝土墻肢的延性。剪力墻的連梁應(yīng)進(jìn)行斜截面受剪和正截面受彎承 載力計(jì)算。 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.對(duì) 于個(gè)別連梁,因其跨度小,剛度很大,地震作用下允許連 梁局部開(kāi)裂,可將連梁的剛度予以折減,抗震設(shè)計(jì)的剪 力墻的連梁彎矩及剪力也可進(jìn)行塑性調(diào)幅,以降低其剪 力設(shè)計(jì)值。若在內(nèi)力計(jì)算時(shí)已經(jīng)折減連梁的剛度,則

12、調(diào) 幅的范圍應(yīng)當(dāng)受到限制或不再進(jìn)行調(diào)幅,以避免在使用 狀況下連梁中裂縫開(kāi)展過(guò)早、 過(guò)大。當(dāng)部分連梁降低彎 矩設(shè)計(jì)值后,其余部位連梁和墻肢的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)相應(yīng) 提高。5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(kāi)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

13、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(lái)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(lái)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

14、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(guò)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。6結(jié)語(yǔ)作為剪力墻結(jié)構(gòu)體系的分支, 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于 結(jié)構(gòu)布置方面的靈活性和可調(diào)整性, 使其各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)均較一般剪力墻結(jié)構(gòu)理想, 因而在小高層住宅樓結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)中已被廣泛采用。設(shè)計(jì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí), 應(yīng)區(qū) 別于一般剪力墻結(jié)構(gòu), 多結(jié)合住宅特點(diǎn), 使結(jié)構(gòu)剛?cè)徇m 中, 并運(yùn)用抗震概念設(shè)計(jì)的原則, 采取有效