由于土地紧张, 住宅楼越建越高, 平面亦日趋复杂, 而短肢剪力墙结构较好地满足了此类高层住宅的要求。
1 短肢剪力墙结构的概念
《高规》7.1.12条称:短肢剪力墙较多时, 形成短肢剪力墙与筒体 (或一般剪力墙共同抵水平力的剪力墙结构, 称为短肢剪力墙结构。这是结构的概念。
对于“短肢剪力墙较多”的理解, 专家给予的解释为:短肢剪力墙所承担的第一振型底部地震倾覆力矩>40%的结构总底部地震倾覆力矩, 同时《高规》7.1.2第第2条抗震设计时, 筒体和一般剪力墙所承担的第一振型府部地露倾覆力矩不宜小于结构总地震倾覆力矩的50%。因此我们可以理解为:短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩为40%~50%的结构总底部地震倾覆力矩的结构为短肢剪力墙结构, <40%为一般剪力墙结构, >50%时结构布置不合理, 应调整结构布置。 (某些地方标准对短肢剪力墙结构也有不同的定义, 设计人员亦可参照地方标准进行划分。)
2 短肢剪力墙结构布置原则
(1) 短肢剪力墙一般可根据建筑物的使用功能要求合理布置; (2) 短肢剪力墙的总体数量应适中, 不能使结构太柔或太刚, 满足水平和竖直承载力即可; (3) 短肢剪力墙应均匀布置, 尽量使建筑物质心与刚度中心保持一致, 轴向应力突变较小且便于支撑水平结构; (4) 当水平荷载比较大, 或建筑平面布置不规则时, 应在平面外边缘及角点处布置短肢剪力墙以加强结构整体性和满足平面刚度的要求; (5) 短肢剪力墙应尽量对齐、拉直布置, 每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与之相连接, 连梁尽可能布置在墙肢的竖平面内, 使之形成成片的联肢墙抗侧力结构。
3 短肢剪力墙应用实例
现以2006年上杭某小区一栋小高层住宅为例, 介绍一下短肢剪力墙结构的设计情况。工程概况:某小区1#楼, 是1栋小高层带电梯的住宅楼, 总建筑面积约11000m2, 房屋总高度31.8m。主楼共10层, 平面尺寸为456 m×2 2m, 其中架空层一层, 层高4.8 m, 作车库使用;地上9层为住宅标准层, 层高3m;局部突出屋面部分为电梯机房。本工程建筑结构的安全等级为二级, 抗震设防类别为丙类, 抗震设防烈度为6度, 设计基本地震加速度为0.05g, 设计地震分组为第一组, 地面粗糙度为B类, 基本风压值取0.35k N/m2, 场地土类别为Ⅱ类, 属抗震有利地段。上部结构体系:本工程的平面体型较为复杂, 住宅层结构平面Y向一侧凹进的尺寸为10.8m, 为Y向总尺寸的49.1%, 大于30%, 按《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第3.4.2条, 属平面不规则类型。故本工程设置了两道防震缝, 将上部结构划分为三个较规则的抗侧力结构单元, 即主楼为两个结构单元。由于业主要求承重构件不能突出墙面, 且架空层要尽量满足停车位的需要, 根据房屋高度, 决定主楼采用短肢剪力墙结构。主楼1 0层, 属于高层建筑, 剪力墙抗震等级按JG]3-2002第4.8.2条应定为四级, 但由于是短肢剪力墙, 根据JGJ3-2002第7.1.2条, 决定按三级进行设计。裙楼采用框架结构, 框架抗震等级为四级。主楼上部结构抗震计算结果分析: (1) 主要结构构件。剪力墙截面厚度同相邻砌体填充墙厚度:四周外墙肢肢厚240mm, 内墙肢肢厚200mm;但无端柱的一字形短墙肢除外:底层肢厚300mm, 其余肢厚240mm。剪力墙砼强度等级2层以下为C35, 3层以上为C25梁、板的砼强度等级均为C 25。主要连梁的尺寸多为240×500mm, 核心筒处楼板的厚度为200mm, 顶层楼板厚度为120mm。 (2) 计算结果分析。主楼结构平面较规则, 立面也无刚度突变现象, 但由于刚度较大的电梯井处筒体有点偏置, 会产生扭转的影响, 为了计算准确, 地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5%偶然偏心的影响, 取了9个振型计算。结构设计的主要技术措施: (1) 短肢剪力墙设计:本工程设计中将一般剪力墙布置在建筑四角处, 短墙肢尽量均匀对称布置, 以减小水平力作用下的扭转效应, 且短墙肢绝大多数在两个方向有连接, 即截面型式多采用L、T型。少量短墙肢由于建筑需要采用了一字型, 为了减少剪力墙平面外弯矩, 设计时尽量不布置与之垂直相交的大跨度单侧楼面梁, 避免不了的墙肢, 尽量设端柱。短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要求控制在5~8范围内, 并且保证每一段墙肢长度不小于1.2m。另外, 对短肢剪力墙的轴压比均控制在0.6以内, 短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率均大于1.2%。由于短肢剪力墙的肢长较短, 故截面配筋型式参照异形柱, 纵向钢筋间距不大于200mm, 箍筋肢距不大于300mm, 箍筋间距100mm。 (2) 连梁设计:本工程中, 由于剪力墙数量较多, 且比较分散, 布置均匀, 墙肢较短, 各片剪力墙之间抗侧刚度相差不大, 在水平力作用下, 每片剪力墙受力较均匀因此, 构成剪力墙壁的主要构件连梁无超筋现象。跨高比≥5的连梁按框架梁进行设计 (顶层处按连梁的构造要求配筋) , 其余连梁按JGJ3-2002中第7.2.26条的规定设计。为保证楼层处的梁连成一个整体, 框架粱、连梁及暗梁设有一定数量的纵向钢筋拉通。 (3) 楼板设计:由于核心筒处的楼板受到电梯井及楼梯开洞的削弱, 使得核心筒上下两部分平面的连接较为薄弱, 故与建筑专业协商, 要求该部分楼板的连接宽度不小于5m, 并在设计时加厚为200mm, 配双层双向通长筋φ12@200。为加强建筑物的顶部约束, 提高抗风、抗震能力, 顶层楼板加厚为120mm。
4 语语
随着新型墙体材料的不断开发和应用, 短肢剪力墙结构体系在多高层住宅中的应用有着广阔的发展前景。与普通剪力墙结构相比, 短肢剪力墙结构具有它自身的一些优点。除结构核心区外的其余墙肢可以灵活布置, 房间内无露梁、柱, 短肢剪力墙结构中墙体的数量相对较少, 减轻了结构自重, 因而地震作用也相应减少。在设计中应根据其受力的特点, 充分了解和掌握其破坏的各种机理, 选用合理和结构布置形式。
摘要：本文主要介绍了短肢剪力墙的基本概念和工程设计实际中遇到的一些问题, 如程序计算时参数的输入, 剪力墙布置形式, 希望能为大家在设计工程中提供一些参考。
关键词：短肢剪力墙,短肢剪力墙结构,计算,布置
参考文献
[1] 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2002) [S].
[2] 建筑抗震设计规范 (GBS0011-2001) [S].
[3] 中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE (墙元模型) , 2003.