建筑住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算研究

許素榮

【摘 要】本文基于高層建筑及結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀出發(fā)，著力于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算研究，從短肢剪力墻的內(nèi)涵于方法剖析，短肢剪力墻設(shè)計(jì)及抗震加強(qiáng)及受力分析，以期推進(jìn)住宅樓剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的科學(xué)規(guī)范，促進(jìn)建筑質(zhì)量的不斷提升。

【關(guān)鍵詞】短肢剪力墻；設(shè)計(jì)；受力分析

隨著我國的改革開放，人民的生活水平的日益提高，在我國的一些大、中城市都大量的興建住宅樓，在城市用地的日趨緊張及住戶對(duì)在房屋的使用功能、面積和房間組合等提出越來越高的要求，高層住宅樓越來越多，而且平面布置也趨于復(fù)雜。在多數(shù)住宅樓中，把樓梯、電梯及豎向管道井置于中部，形成一個(gè)豎向交通核心，各住宅單元圍繞該中心布置的平面布置方法，經(jīng)過長時(shí)期的使用，證明了這種格式的高層住宅樓各單元的通風(fēng)采光良好、平面緊湊、結(jié)構(gòu)外露面少，而且較為經(jīng)濟(jì)，已普遍被推廣。

《高屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002） 中提出“ 近年興起的短肢剪墻結(jié)構(gòu)有利于住宅建筑布置，又可進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重。”肯定了短肢剪力墻在高層住宅中的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。基于此，本文重點(diǎn)從剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行探索。

1 高層建筑現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)

在我國，舊規(guī)范規(guī)定8層以上的建筑都被稱為高層建筑，而目前，接近20層的稱為中高層，30層左右接近100m稱為高層建筑，而50層左右200m以上稱為超高層。在新《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）里規(guī)定：10層及10層以上或高度超過28m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)稱為高層建筑結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑高度超過100m時(shí)，稱為超高層建筑。

我國的房屋6層及6層以上就需要設(shè)置電梯，對(duì)10層以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火規(guī)范，因此我國的《民用建筑設(shè)計(jì)通則》（GB50352—2005）、《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95）將10層及10層以上的住宅建筑和高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑劃稱為高層建筑。

高層建筑中短肢剪力墻是通過加開結(jié)構(gòu)洞及加大門窗洞口的寬度，墻體由幾個(gè)短的獨(dú)立的鋼筋混凝土墻段，通過連梁拉結(jié)，以達(dá)到減少剪力墻肢長，增長建筑物自振周期和降低地震作用的目地。短肢剪力墻屬剪力墻的一種，通過采用T 形、L 形、十字形等的墻肢。這些墻肢主要分布于房間分隔墻的交點(diǎn)處，并視抗側(cè)力的需要和分隔墻相交的形式而布置適當(dāng)數(shù)量的各種形式的短肢墻，并在各墻肢處布置連梁，把這些短肢墻連結(jié)成一個(gè)整體，而未利用部分的剪力墻中的間隔墻，則用輕質(zhì)砌體填充。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）短肢剪力墻的內(nèi)涵

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻。但《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.1.2條規(guī)定高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

（2）短肢剪力墻的方法剖析

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.1.3條規(guī)定了B級(jí)高度高層建筑和9度抗震設(shè)計(jì)的A級(jí)高度高層建筑，不應(yīng)采用第7.1.2條規(guī)定的具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件為抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的下限，當(dāng)短肢墻較少時(shí)，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的15%～ 40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。B級(jí)高度高層建筑和9度抗震設(shè)計(jì)的A級(jí)高度高層建筑，即使置筒體，也不能采用。最大適用高度比高規(guī)表4.2.2-1中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低，且7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)分別不應(yīng)大于100m和60m。在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，不應(yīng)看成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，其首先應(yīng)是全剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)有足夠的長肢剪力墻。如果把短肢墻看成異形柱，則短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為呈框剪結(jié)構(gòu)的變形特征。當(dāng)結(jié)構(gòu)形式符合短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式后，才能在軟件“總信息”參數(shù)的結(jié)構(gòu)體系中，定義結(jié)構(gòu)為“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”。

（3）短肢剪力墻設(shè)計(jì)

短肢墻設(shè)計(jì)，短肢剪力墻為58（不限）。當(dāng)有大于兩肢的短肢墻或異形柱時(shí)，盡管各肢的長寬比符合要求，也宜按墻輸入設(shè)計(jì)。

短肢墻設(shè)計(jì)主要參數(shù)有軸壓比（按剪力墻）、剛度（墻輸入、采用殼元或薄壁桿元）、配筋（按剪力墻）、構(gòu)造（按高規(guī)的短肢墻構(gòu)造）。

弱短肢剪力墻（截面高厚之比小于5的墻肢）規(guī)定了不宜采用墻肢截面高度與厚度之比小于為5的剪力墻；當(dāng)其小于5時(shí)，其在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比，抗震等級(jí)為一級(jí)（9度）、一級(jí)（7、8度）、二級(jí)、三級(jí)時(shí)分別不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。

短墻（截面高度之比不大于3的墻肢）規(guī)定剪力墻的截面高度與厚度之比不大于3時(shí)，應(yīng)按柱的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，底部加強(qiáng)部位縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)小于1.2%，其它部位不應(yīng)小于1.0%，箍筋應(yīng)沿全高加密。

（4）短肢剪力墻設(shè)計(jì)抗震加強(qiáng)分析

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比規(guī)定的剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí)采用。

各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比，抗震等級(jí)為一、二、三時(shí)分別不宜大于0.5、0.6和0.7；對(duì)于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應(yīng)降低0.1。除底部加強(qiáng)部位應(yīng)按高規(guī)7.2.10條調(diào)整剪力設(shè)計(jì)值外，其它各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，一、二級(jí)抗震等級(jí)應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2。

短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。短肢剪力墻截面厚度不應(yīng)小于200mm。 7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻宜設(shè)置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁。 高規(guī)7.2.1條文規(guī)定了帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。

（5）短肢剪力墻受力分析

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的5-8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。該結(jié)構(gòu)型式的主要特點(diǎn)有：

1）結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；

2）墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置；

3）能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡單；

4）連接各墻的梁，隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)，可隱蔽；

5）根據(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，較易滿足剛度和強(qiáng)度要求。

總之，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，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，廣東省建筑設(shè)計(jì)院的廣廈CAD的SS模塊，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清華大學(xué)的TUS，廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣，但對(duì)墻肢較長的短肢剪力墻，應(yīng)該用空間桿-墻組元程序進(jìn)行校核。

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