建筑短肢剪力墙结构研讨

 短肢剪力墙过多的剪力墙结构能够给住宅建筑内部的分布带来很大的方便,其能够有效防止框架结构露梁露柱的缺陷,能够满足更多用户对平面有效分割的需要。并且,在经过运用轻质填充墙后能够大幅度降低结构本身的重量,从而减弱结构的侧向刚度,使得结构的自振周期不断增大,间接地增强了结构承受震动的能力。但受到新型结构抗震性的影响,其在地震较多的地区没有得到太多的运用,为确保万无一失,在运用短肢剪力墙结构抗震设计过程中,对其运用范围加以限制,更应该完善相应的抗震方法。

1、工程实例

某地区的住宅小区具体情况为:多层住宅楼(4层～7层)12栋、公共建筑1栋,共计13栋楼,总建筑面积约4.7万m2。考虑到开发商建筑结构的要求,排除一些公共建筑,其它多层住宅设计主要使用了短肢剪力墙结构形式。对建筑结构进行布置时,应当充分考虑到建筑平面情况及其运用功能,把横向一般剪力墙设置在房屋端部,这样可以对结构的扭转效应及横向侧加以控制;把纵向一般剪力墙设置在房屋中部,对结构的纵向侧移加以控制。从而形成短肢剪力墙、一般剪力墙、剪力墙筒体三者同时抵抗水平力的剪力墙结构。通过最后的试验检测,纵横两方向短肢墙第一振型底部地震倾覆力矩百分比都在50%以下,与建筑标准相符合。

2、短肢剪力墙的定义

在人们对住宅环境要求不断提高的过程中,对于多层住宅平面与空间的要求也更为严格。早期常规框架结构的露柱露梁、剪力墙结构会给建筑空间带来不利影响,限制了其内部空间结构大小,这显然满足不了用户当前的实际需要。因而,在设计者和建筑者们长期的研究探索中,其把剪力墙当成基础,对框架的优势不断积累改进后创建了全新的结构模式,即“短肢剪力墙一简体（或一般剪力墙）”结构体系。

2.1短肢剪力墙高厚比的标准

在短肢剪力墙设计过程中需要对高厚比加以严格控制,其具体控制方法包括:

（1）把短肢剪力墙、常规剪力墙互相区分开来。在建筑施工标准中提到了,短肢剪力的高厚比通常为5～8,常规剪力墙的高厚比需在8以上。

（2）把短肢剪力墙、异型柱之间加以区分。工程标准中的规定内容为:异型柱是截面几何形状为L形、T形和十字形,同时要求截面各肢的高厚比要低于4的柱,以满足结构之间的衔接需要,通常墙肢高厚比在4～5之间的构件需要根据具体的结构形式加以设计。

2.2短肢剪力墙在实际中的判定

短肢剪力墙的判定在实际中,由于L形、T形、十字形和Z形的短肢剪力墙的大量应用,比一字形短肢剪力墙的抗震性能强,延性及平面外稳定性较好,所以规范要求短肢剪力墙尽可能设置翼缘。PKPM（结构计算软件）规定,短肢剪力墙必须是不超过两个墙肢且每个墙肢高厚比都小于8的剪力墙,软件按此定义搜索和判断短肢剪力墙。

3、关于结构计算分析

短肢剪力墙结构的计算,首先要选用合适的计算软件,合理地选择计算分析方法,确定计算模型和相关参数,并加强对计算结果合理性的判断,特别要加强概念设计。一般来说,短肢剪力墙是由于对一般剪力墙进行大开口而形成的,所以,基本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆系—薄壁柱空间分析方法,或空间杆—墙组元分析方法。其中空间杆—墙组元分析方法的计算模型更符合实际,精度更高。

4、短肢剪力墙延性的相关设计

4.1短肢剪力墙、常规剪力墙的设计

在短肢剪力墙的设计过程中,对其布置情况应该做到科学、匀称、质量中心与刚度中心重相重合,短肢剪力墙的分布情况应该按照T形、L形、Z形、十字形等情况加以设计,以保证短肢剪力墙抗扭与平面之间的稳定性达到要求。对于一些重点的抗侧力结构简体通常使用楼梯,单必须要确保刚度在一定的均衡性内,设置不宜太集中以避免建筑出现过大的扭转效应,且筒体的刚度也要达到标准需要,对平面尺寸严格控制,确保简体与常规剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩大于结构总底部地震倾覆力矩的50％,以建立起躲到抗争设置,维持水平力的可靠传递,并对重要的区楼板增加厚度,对与核心筒连接的梁需参照强度指标设计,以维持建筑内部的结构性能。

4.2短肢剪力墙的轴力设计值和剪力设计值

短肢剪力墙的受力主要来源于竖向荷载,其次则是水平荷载,短肢剪力墙在重力荷载代表值影响下形成的轴力设计值的轴压比,抗震等级达一、二、三级后通常要分别控制在0．5、0．6、0．7。有的短肢剪力墙没有翼缘、端柱,如:一字形的短肢剪力墙,忧郁延性达不到要求,其轴压比限值需做出降低调整,需减小0.1,短肢剪力墙的抗震等级需尽可能高级点,这样做的主要作用是为了在构造上对短肢剪力墙的延性加以调整。在设计短肢剪力墙的剪力过程中,处理要对底部结构进行调整外,还要顾及到其它结构层,一、二级抗震等级轴压比需乘以增大系数1．4和1．2,这样做的好处是为了防止短肢剪力墙受到太大的损坏。

4.3短肢剪力墙配筋

（1）短肢剪力墙约束边缘构件配箍特征值λv宜按相同轴压比的框架柱提高一级,取轴压比小于0.3的短肢剪力墙及非加强部位的短肢剪力墙,其边缘构件的构造设置应较一般剪力墙高,宜按表1配置。表1短肢剪力墙构造边缘构件最小配箍特征值

（2）短肢剪力墙的截面高度一般在1200～2000mm之间,其约束边缘构件长度Lc可统一取450mm;短肢剪力墙的边缘构件的纵向配筋除满足规范要求外,其纵向钢筋最小配筋率宜按框架柱要求设置;抗震设计时,短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率,底部加强部位不宜小于1．2％,其他部位不宜小于1．0％。

（3）短肢剪力墙的水平及竖向分布筋,除按计算确定外,其构造最小配筋宜按表2要求。表2短肢剪力墙分布筋要求另外,短肢剪力墙应采用双排布筋,水平筋在外,竖向筋在内,两排筋间拉结控筋梅花形布置,间距不宜大于400mm×400mm,每根竖筋均有拉筋连结;如图1中（a）（b）（e）所示,肢长大于3倍小于等于4倍墙厚的墙肢按柱要求配筋,其外套箍兼作水平筋。

5、抗震薄弱位置与改善方法

根据工程实验数据可知,剪力墙结构的抗震的薄弱位置主要包括了:外边缘、墙肢、小墙肢、连梁等方面。若出现扭转效应之后,建筑平面外边缘及角点处的墙肢则会迅速断裂;受到地震冲击的影响,高层短肢剪力墙结构会出现较大的整体弯曲变形,底部周围的小墙肢由于截面面积小常常承受了过多的竖向载荷,对剪力墙结构的损坏较为严重。而短肢剪力墙结构内,其墙肢刚度不断减弱,导致连梁受剪破坏的能力增强。因而,设计短肢剪力墙结构时需要对结构的薄弱部位加以控制。

(1)维持应力均衡。短肢剪力墙遍布于平面的应力需要维持平衡,保证刚度中心和建筑物质心相互靠近,从而降低结构的扭转效应;合理调整建筑结构相关位置墙肢的厚度,对墙肢截面的轴压比加强控制,通常在0.6以内,从而加强墙肢的承载力。

(2)增强抗震等级。对于短肢剪力墙抗震等级的设计,要按照较高级别进行设计。短肢剪力墙的剪力设计值,除了要对底部位置增强设计外,相关部位也需要做出一定的调整。短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率,其底部通常在1.2%以上,其余位置应在1.0%之上。

(3)科学计算指标。连梁在高层结构中属于耗能构件,连梁的剪切作用会降低结构的延性,给抗震作用造成不利影响。在设计过程中需要对连梁的“强剪弱弯”进行科学的计算,以维持连梁结构的性能。而连梁做好分布于各肢的平面内,且防止运用过多的一字形墙肢。

(4)避免设计失误。一字形短肢剪力墙平面外最好不要设计楼面梁。在剪力墙外墙相应跨度的大梁支座时,遇到地震后很容易产生裂缝,若弯矩较大则剪力墙平面外刚度、承载力则达不到要求,给结构的平面造成损坏。很多设计人员对这些情况没有给予重视。

6、结语

短肢剪力墙结构在现代建筑行业中已成为了很关键的一种形式,随着用户们对建筑内部结构要求的提高,设计者应该提高设计效果,对概念设计给予足够的重视。结合相应的构件受力情况,对短肢剪力墙的薄弱环节加以控制,学会运用科学的计算方法来科学设计规划。