短肢剪力墙结构抗震设计探议

戴春艳

摘 要:随着生活水平的提高,人们越来越重视住宅空间的布局。尤其是对小高层、多层住宅的适住性,已不局限与以前的普通框架结构。因此经过不断的试验改进,人们把普通剪力墙和框架相结合,形成了以短肢剪力墙为主要结构的体系,能更好的满足小高层住宅的需要。

关键词:短肢剪力墙抗震性抗震设计

中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(a)-0042-01

随着经济、社会的发展,国民生活水平的提高,人们越来越重视住宅空间的布局,尤其是对小高层、多层住宅的适住性。在这种情况下“诞生”了短肢剪力墙的结构体系。短肢剪力墙的突出特点是“短”,主要指墙肢截面高、厚度比在5～8之间,一般有“一”、“ Z”、“L”、“T”等截面形式,它仍属于剪力墙结构体系。这种结构不仅经济性好而且受力均匀、有良好的抗震性能,无论在平原或者地震区都能满足建筑的功能使用要求,在高层住宅中得以广泛使用。本文在论述短肢剪力墙的结构基础上,分析它的抗震性能和设计时需要注意的问题。

1 短肢剪力墙的结构

在设计高层建筑中,结构不能全部采用短肢剪力墙作为剪力墙结构。在正常情况下,如果短肢剪力墙底部所承受的地震倾覆力矩是结构总底部地震倾覆力矩的40%～50%时,可认为是剪力墙含较多短肢剪力的结构。若结构中含有的短肢剪力墙没有达到上述标准,则不是剪力墙含较多短肢剪力墙的结构。如果需要用到较多的短肢剪力墙时,布置短肢剪力墙时要具有均匀性,避免集中布置短肢剪力墙在局部的情况。要布置一般的剪力墙或筒体相配合,共同抵抗水平力。在抗震设计时,要注意筒体和剪力墙底部所承受的地震倾覆力矩的大小,一般要在结构总底部所承受地震倾覆力矩的50%以上。

2 分析短肢剪力墙的抗震性

短肢剪力墙在抗震性能方面有一定的优势,主要是在设计过程中对影响抗震性的各个因素的详细、周密布置。主要表现在截面形式、墙体配筋等方面:

(1)短肢剪力墙的“短”主要指墙肢截面高、厚度比在5～8之间,一般有“Z”、“L”、“T”、“一”等截面形式,它仍属于剪力墙结构体系。实验研究表明:短肢带翼墙的结构性能优于无翼墙,在工程中要尽量不使用一字型的截面墙体。短肢剪力墙应在多个方向设计有梁相连接,避免与没有连接梁相连的延性差的墙相连。(2)大多数短肢剪力墙的延性较差,为改善这种情况一般采用加强体积配箍率的方法。当配箍率提高后,虽然受弯承载力并没有得到明显的提高,但是混凝土峰值在应力下的应变值以及应力-应变曲线得到明显改善,相应的延性也有了显著的提高。因此在设计中,可以参照《高层建筑混凝土结构技术规程》中关于约束构件配箍率的部分来对短肢剪力墙配箍率进行改善。(3)一般短肢剪力墙的结构在翼墙和腹板交界处都会有多处纵向裂纹,要在这个部位采取加设暗柱等措施用以加强稳固。通过对有翼墙和无翼墙做试体破坏实验发现:有翼墙体试体通常只有横向裂缝,且所产生的裂缝形状与无翼墙体所产生的大致相似。这表明,在分析结构受力时翼墙主要负责外加的弯矩,而墙肢主要承担剪力。在设计过程中,要在短肢剪力墙的角落部位和端部加设暗箱,用坚固钢筋布置在暗柱周围用以固定,加密加强结构底部的墙肢箍筋用以承受比较大的剪力。

(4)轴压比对于短肢剪力墙的延性有一定的影响。若轴压相对较小时,截面承载力随着轴压比值的增大而增大,在钢筋经过强化后,承受在短肢剪力墙上的弯矩值并没有显著的降低。所以说塑性铰并没有影响短肢剪力墙的抗弯能力;若轴压相对较大时,截面承载力随着轴压比值的增大而减小,截面承载力将逐渐增大降低程度,延性也会变得较低。根据国家有关规定:在抗震设计过程中,根据抗震等级的不同有不同的轴压比:一、二、三级地震分别对应0.5、0.6、0.7;若短肢剪力墙为无翼缘或端柱一字形截面形式,其轴压比要相应降低0.1。在轴压比一定的情况下,若一直增加墙肢高厚比并不能让墙肢剪力墙的延性得到明显的提高。试验证明,墙肢的长度要控制在一定范围内,高厚比为6左右时,短肢剪力墙的综合性能最佳。

3 抗震过程中的注意措施

在地震区或者高层建筑中,不能全部采用短肢剪力墙作为剪力墙结构。剪力墙、墙肢要保证足质足量,要布置一般的剪力墙或筒体相配合,且短肢墙要以T、L等形式为主进行合理布置。保证质量中心和刚度中心为一点,这样不仅可以提高短肢墙抗扭能力,也能够保证平面外的稳定。而建筑平面角部处的墙肢为短肢剪力墙的抗震薄弱环节,若发生扭曲时,会加速短肢剪力墙结构的变形,使墙肢首先开裂,所以要采取相应的抗震措施,比如降低轴压比、提高箍筋的配箍率等。若需要使用“一”字形墙肢,应采取相应措施加以巩固,比如:减小轴压比、设置端柱、增加配筋等。

在设计短肢剪力墙的使用时要限制使用数量,避免大量或者单一使用。因为短肢墙为弯剪构件,容易受到脆性破坏,会严重影响抗震性能。所以在布置时既要布置短肢剪力墙,又要布置一般的剪力墙或筒体与之相配合,共同抵抗水平力。同时,在设计中应按要求来设计梁的长度,与短肢墙相连接的梁在支座处应相互贯通。这样不仅便于施工,而且能保证浇注的短肢梁的质量,若与普通剪力墙相连接,设计时应按照连梁的要求进行;短肢墙的抗震等级应高于一般剪力墙一级为准,在构造上提高短肢墙的延性。为保证短肢剪力墙不提前剪坏,短肢剪力墙底部的加强部位和其它层所对应的剪力设计值要做出规范调整,抗震等级为一、二级时应分别增大1.4和1.2倍;在抗震设计中,应考虑短肢墙截面中纵向钢筋的配筋率,一般部位应大于1.0%,在底部加强或其它特别部位应大于1.2%。各个短肢墙之间尽量拉直对齐,和与之相连的梁一起构成连续均匀且规则的抗侧力片。并且每道短肢墙要有两个方向的梁与之连接。

短肢剪力墙的数量、墙肢长度要根据抗侧力的要求而定,多少、长短要适当,而且要通过不同的尺寸来调整质量中心和刚度中心位置;做粉刷时为保证平缓的过度,一般在翼墙和腹板交界面处用玻璃丝布粘连;设计中多利用电梯间为抗侧力结构筒体,筒体的刚度要足够强,平面尺寸适当。要注意筒体和剪力墙底部所承受的地震倾覆力矩的大小,一般要在结构总底部所承受地震倾覆力矩的50%以上;增多抗震防线且注意刚度的均衡性,要多处分散布置以避免建筑产生扭转效应。核心区要适当加厚楼板厚度,按强剪弱弯的标准设计与之相连的连梁,相近短肢墙之间的跨度要适当,使其充分发挥耗能的作用,用来确保水平力的传递。

4 结语

目前,短肢剪力墙结构在我国建筑领域得到了广泛的应用。主要是因为短肢墙受力均匀、抗震性能好。本文通过分析短肢墙的结构,从影响短肢墙抗震性的各个因素进行综合分析,主要有:短肢墙数量、墙肢长度、轴压比、配筋量、设置暗柱等,并进一步提出在设计中需要采取的一些抗震措施。

参考文献

[1] 饶觉陶,王小辉,沈明发.反光板(合作目标)反射率测量仪[J].光学技术,1998.

[2] 徐培福,黄小坤,容柏生,等.JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3] 刘敏,陈远椿,吴耀辉,等.全国民用建筑工程设计技术措施-结构(结构体系)[S].北京:中国计划出版社,2009.

[4] 刘肖凡,李继祥.钢筋混凝土短肢剪力墙抗震性能试验及应用[J].武汉大学学报(工学版),2009.