短肢剪力墻結構抗震設計探議

戴春艷

摘 要:隨著生活水平的提高,人們越來越重視住宅空間的布局。尤其是對小高層、多層住宅的適住性,已不局限與以前的普通框架結構。因此經過不斷的試驗改進,人們把普通剪力墻和框架相結合,形成了以短肢剪力墻為主要結構的體系,能更好的滿足小高層住宅的需要。

關鍵詞:短肢剪力墻抗震性抗震設計

中圖分類號:TU7 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0042-01

隨著經濟、社會的發(fā)展,國民生活水平的提高,人們越來越重視住宅空間的布局,尤其是對小高層、多層住宅的適住性。在這種情況下“誕生”了短肢剪力墻的結構體系。短肢剪力墻的突出特點是“短”,主要指墻肢截面高、厚度比在5～8之間,一般有“一”、“ Z”、“L”、“T”等截面形式,它仍屬于剪力墻結構體系。這種結構不僅經濟性好而且受力均勻、有良好的抗震性能,無論在平原或者地震區(qū)都能滿足建筑的功能使用要求,在高層住宅中得以廣泛使用。本文在論述短肢剪力墻的結構基礎上,分析它的抗震性能和設計時需要注意的問題。

1 短肢剪力墻的結構

在設計高層建筑中,結構不能全部采用短肢剪力墻作為剪力墻結構。在正常情況下,如果短肢剪力墻底部所承受的地震傾覆力矩是結構總底部地震傾覆力矩的40%～50%時,可認為是剪力墻含較多短肢剪力的結構。若結構中含有的短肢剪力墻沒有達到上述標準,則不是剪力墻含較多短肢剪力墻的結構。如果需要用到較多的短肢剪力墻時,布置短肢剪力墻時要具有均勻性,避免集中布置短肢剪力墻在局部的情況。要布置一般的剪力墻或筒體相配合,共同抵抗水平力。在抗震設計時,要注意筒體和剪力墻底部所承受的地震傾覆力矩的大小,一般要在結構總底部所承受地震傾覆力矩的50%以上。

2 分析短肢剪力墻的抗震性

短肢剪力墻在抗震性能方面有一定的優(yōu)勢,主要是在設計過程中對影響抗震性的各個因素的詳細、周密布置。主要表現(xiàn)在截面形式、墻體配筋等方面:

(1)短肢剪力墻的“短”主要指墻肢截面高、厚度比在5～8之間,一般有“Z”、“L”、“T”、“一”等截面形式,它仍屬于剪力墻結構體系。實驗研究表明:短肢帶翼墻的結構性能優(yōu)于無翼墻,在工程中要盡量不使用一字型的截面墻體。短肢剪力墻應在多個方向設計有梁相連接,避免與沒有連接梁相連的延性差的墻相連。(2)大多數(shù)短肢剪力墻的延性較差,為改善這種情況一般采用加強體積配箍率的方法。當配箍率提高后,雖然受彎承載力并沒有得到明顯的提高,但是混凝土峰值在應力下的應變值以及應力-應變曲線得到明顯改善,相應的延性也有了顯著的提高。因此在設計中,可以參照《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》中關于約束構件配箍率的部分來對短肢剪力墻配箍率進行改善。(3)一般短肢剪力墻的結構在翼墻和腹板交界處都會有多處縱向裂紋,要在這個部位采取加設暗柱等措施用以加強穩(wěn)固。通過對有翼墻和無翼墻做試體破壞實驗發(fā)現(xiàn):有翼墻體試體通常只有橫向裂縫,且所產生的裂縫形狀與無翼墻體所產生的大致相似。這表明,在分析結構受力時翼墻主要負責外加的彎矩,而墻肢主要承擔剪力。在設計過程中,要在短肢剪力墻的角落部位和端部加設暗箱,用堅固鋼筋布置在暗柱周圍用以固定,加密加強結構底部的墻肢箍筋用以承受比較大的剪力。

(4)軸壓比對于短肢剪力墻的延性有一定的影響。若軸壓相對較小時,截面承載力隨著軸壓比值的增大而增大,在鋼筋經過強化后,承受在短肢剪力墻上的彎矩值并沒有顯著的降低。所以說塑性鉸并沒有影響短肢剪力墻的抗彎能力;若軸壓相對較大時,截面承載力隨著軸壓比值的增大而減小,截面承載力將逐漸增大降低程度,延性也會變得較低。根據(jù)國家有關規(guī)定:在抗震設計過程中,根據(jù)抗震等級的不同有不同的軸壓比:一、二、三級地震分別對應0.5、0.6、0.7;若短肢剪力墻為無翼緣或端柱一字形截面形式,其軸壓比要相應降低0.1。在軸壓比一定的情況下,若一直增加墻肢高厚比并不能讓墻肢剪力墻的延性得到明顯的提高。試驗證明,墻肢的長度要控制在一定范圍內,高厚比為6左右時,短肢剪力墻的綜合性能最佳。

3 抗震過程中的注意措施

在地震區(qū)或者高層建筑中,不能全部采用短肢剪力墻作為剪力墻結構。剪力墻、墻肢要保證足質足量,要布置一般的剪力墻或筒體相配合,且短肢墻要以T、L等形式為主進行合理布置。保證質量中心和剛度中心為一點,這樣不僅可以提高短肢墻抗扭能力,也能夠保證平面外的穩(wěn)定。而建筑平面角部處的墻肢為短肢剪力墻的抗震薄弱環(huán)節(jié),若發(fā)生扭曲時,會加速短肢剪力墻結構的變形,使墻肢首先開裂,所以要采取相應的抗震措施,比如降低軸壓比、提高箍筋的配箍率等。若需要使用“一”字形墻肢,應采取相應措施加以鞏固,比如:減小軸壓比、設置端柱、增加配筋等。

在設計短肢剪力墻的使用時要限制使用數(shù)量,避免大量或者單一使用。因為短肢墻為彎剪構件,容易受到脆性破壞,會嚴重影響抗震性能。所以在布置時既要布置短肢剪力墻,又要布置一般的剪力墻或筒體與之相配合,共同抵抗水平力。同時,在設計中應按要求來設計梁的長度,與短肢墻相連接的梁在支座處應相互貫通。這樣不僅便于施工,而且能保證澆注的短肢梁的質量,若與普通剪力墻相連接,設計時應按照連梁的要求進行;短肢墻的抗震等級應高于一般剪力墻一級為準,在構造上提高短肢墻的延性。為保證短肢剪力墻不提前剪壞,短肢剪力墻底部的加強部位和其它層所對應的剪力設計值要做出規(guī)范調整,抗震等級為一、二級時應分別增大1.4和1.2倍;在抗震設計中,應考慮短肢墻截面中縱向鋼筋的配筋率,一般部位應大于1.0%,在底部加強或其它特別部位應大于1.2%。各個短肢墻之間盡量拉直對齊,和與之相連的梁一起構成連續(xù)均勻且規(guī)則的抗側力片。并且每道短肢墻要有兩個方向的梁與之連接。

短肢剪力墻的數(shù)量、墻肢長度要根據(jù)抗側力的要求而定,多少、長短要適當,而且要通過不同的尺寸來調整質量中心和剛度中心位置;做粉刷時為保證平緩的過度,一般在翼墻和腹板交界面處用玻璃絲布粘連;設計中多利用電梯間為抗側力結構筒體,筒體的剛度要足夠強,平面尺寸適當。要注意筒體和剪力墻底部所承受的地震傾覆力矩的大小,一般要在結構總底部所承受地震傾覆力矩的50%以上;增多抗震防線且注意剛度的均衡性,要多處分散布置以避免建筑產生扭轉效應。核心區(qū)要適當加厚樓板厚度,按強剪弱彎的標準設計與之相連的連梁,相近短肢墻之間的跨度要適當,使其充分發(fā)揮耗能的作用,用來確保水平力的傳遞。

4 結語

目前,短肢剪力墻結構在我國建筑領域得到了廣泛的應用。主要是因為短肢墻受力均勻、抗震性能好。本文通過分析短肢墻的結構,從影響短肢墻抗震性的各個因素進行綜合分析,主要有:短肢墻數(shù)量、墻肢長度、軸壓比、配筋量、設置暗柱等,并進一步提出在設計中需要采取的一些抗震措施。

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