淺議短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

佟盛勛

端木慶輝大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116021

0 引言

近年來，隨著人們對(duì)多層、小高層住宅的要求越來越高，普通框架結(jié)構(gòu)露梁露柱，而普通剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)空間分割限定嚴(yán)格，已經(jīng)越來越不能滿足要求。于是，結(jié)合普通框架結(jié)構(gòu)和普通剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，就形成了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)克服了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，即滿足了建筑隊(duì)空間分割和房間布置的要求，又可以減少剪力墻數(shù)量替代以輕質(zhì)隔墻減輕自重，同時(shí)降低結(jié)構(gòu)剛度，使地震作用減小，有利結(jié)構(gòu)抗震，得到了業(yè)主和工程設(shè)計(jì)人員的肯定，逐漸受到了推廣。

1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的簡要介紹

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的5倍～8倍剪力墻結(jié)構(gòu)，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型等。對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)考慮其是剪力墻大開口而成，其計(jì)算模型同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)作為空間體系，粱和柱均采用空間桿單元，剪力墻單元模型。短肢剪力墻數(shù)量的上限：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7.1.2條規(guī)定，“抗震設(shè)計(jì)時(shí)，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)總底部地震傾覆力矩的50%”，這個(gè)規(guī)定是短肢剪力墻數(shù)量的上限，即基承擔(dān)的底部地震傾覆力矩不應(yīng)超過總底部傾覆力矩的50%。短肢剪力墻數(shù)量的下限：規(guī)范沒有明確規(guī)定短肢剪力墻數(shù)量的下限，用戶可以靈活掌握，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中包含的短肢剪力墻應(yīng)“較多”，其數(shù)量下限一般可控制在地獄上限的一個(gè)較小范圍內(nèi)（約10%左右），超過此范圍不宜按短肢建立墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和軟件

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，其計(jì)算模型同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)作為空間體系，粱和柱均采用空間桿單元，剪力墻單元模型。目前短肢剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM-CAD工程部的兩個(gè)計(jì)算軟件，TAT(多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與計(jì)算軟件)和SATWE(高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限及分析與設(shè)計(jì)軟件)。TAT采用的是三維空間模型，對(duì)剪力墻采用薄壁柱單元計(jì)算原理，對(duì)梁柱采用空間桿系計(jì)算原理；SATWE 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)。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(shí)際情況的模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)建筑特點(diǎn)選擇合適的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件。

3 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

1）根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)研究成果，當(dāng)剪力墻受壓彎作用，在小偏心狀態(tài)下延性較差；在大偏心狀態(tài)下，軸壓比較大時(shí)，若混凝土沒有約束或約束不夠時(shí)，有可疑混凝土先與鋼筋破壞。因此，為保證結(jié)構(gòu)延性，應(yīng)嚴(yán)格控制短肢剪力墻的軸壓比；

2）應(yīng)采取三維計(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。當(dāng)采用殼元模型時(shí)，應(yīng)加細(xì)單元的劃分；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有時(shí)用薄壁桿元（TAT）可能更合適。因短肢墻的模型更符合薄壁桿元模型，采用殼元?jiǎng)t有單元?jiǎng)澐植患?xì)的問題；

3）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)布置必要數(shù)量的筒體或一般剪力墻，以形成共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，可以避免設(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）短肢剪力墻應(yīng)均勻布置，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(duì)齊、連續(xù)，盡量避免洞口錯(cuò)位，與連梁一起構(gòu)成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側(cè)力體系，短肢剪力墻承擔(dān)的底部地震傾覆力矩不應(yīng)超過總底部傾覆力矩的50%，否則應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)，可增加長墻肢調(diào)整剛度中心位置，使剛度中心位置與形心接近；

5）對(duì)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)，如建筑外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢，應(yīng)減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率，加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻，以保證結(jié)構(gòu)的安全性、實(shí)用性；

6）短肢建立墻的連梁不宜過強(qiáng)，應(yīng)設(shè)計(jì)成截面、剛度較小的弱連梁，以滿足強(qiáng)剪弱彎的要求。對(duì)跨高比小于5的連梁按連梁設(shè)計(jì)，對(duì)于跨高比大于5的應(yīng)按框架梁設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)墻肢剛度可相對(duì)減小，而連接各墻肢之間的梁剛度不應(yīng)折減。

4 運(yùn)用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件容易忽視的問題

4.1 總體計(jì)算中總信息的輸入

1）對(duì)于帶轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，計(jì)算時(shí)，應(yīng)取較多振型數(shù)，以保證振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%以上。當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或者剛度突變較大時(shí)尤其是高位轉(zhuǎn)換，高振型影響明顯增大，因此計(jì)算式計(jì)算分析時(shí)建議多取振型數(shù)。

2）普通剪力墻結(jié)構(gòu)中，連梁作為耗能構(gòu)件，允許連梁剛度有所下降，程序中通過連梁剛度折減系數(shù)來體現(xiàn)，以保證結(jié)構(gòu)延性；但是在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度較小，連梁受力類似框架梁，對(duì)于跨高必大于5的梁，應(yīng)按框架梁設(shè)計(jì)，而不再進(jìn)行剛度折減，可通過塑性調(diào)幅來調(diào)整其支座負(fù)彎矩。

3）短肢剪力墻的抗震構(gòu)造

（1）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí)；

（2）除底部加強(qiáng)部位調(diào)整剪力設(shè)計(jì)值外，其他各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，一、二級(jí)抗震等級(jí)分別放大1.4和1.2；

（3）短肢剪力墻全部縱筋配筋率，底部加強(qiáng)區(qū)不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%；

（4）抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)時(shí)，軸壓比不宜大于0.5、0.6、0.7；無翼緣或端柱的一字型短肢剪力墻，軸壓比限制降低0.1。

4.2 程序輸入和輸出時(shí)應(yīng)注意的問題

1）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件，宜使兩個(gè)主要受力方向的剛度和承載力相近。如果X方向或者Y方向中一個(gè)判定為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，另一個(gè)方向判定為一般剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)兩個(gè)方向按各自分析確定效應(yīng)和配筋，即分別設(shè)定結(jié)構(gòu)類型計(jì)算兩次，各取相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果；或從嚴(yán)掌握，都按短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算和配筋；

2）對(duì)上部塔樓是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，下部裙房是框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的框支轉(zhuǎn)換短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)體系設(shè)置時(shí)，按短肢剪力墻結(jié)構(gòu)和復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)各計(jì)算一次，從嚴(yán)掌握。因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)同時(shí)符合兩類特殊結(jié)構(gòu)特征，而規(guī)范對(duì)這兩類結(jié)構(gòu)的要求各有側(cè)重，需要調(diào)整和加強(qiáng)的內(nèi)容各不相同，因此應(yīng)按兩類特殊結(jié)構(gòu)特征各自分析，確定效應(yīng)和配筋。

[1]張王送.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)[J].安徽建筑，2005，12(6).

[2]JGJ5-2002.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]于群.小高層住宅中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].中國科技信息，2005(19A).

[4]楊星.PKPM軟件從入門到精通.