浅谈短肢剪力墙在小高层结构设计中的应用

2015-04-16钟永国

建材与装饰 2015年30期

关键词：短肢高层剪力墙

钟永国

（广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司）

浅谈短肢剪力墙在小高层结构设计中的应用

钟永国

（广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司）

短肢剪力墙在小高层结构设计中应用广泛，其布置灵活，可为建筑带来较大的布置空间。在小高层建筑发展尤为迅速的今天，扩大居住面积，改善居住环境，短肢剪力墙结构发挥着重要作用。本文根据短肢剪力墙的结构特点，对短肢剪力墙在小高层结构设计中的应用进行探讨。

短肢剪力墙；小高层；结构；设计

前言

随着国家对经济适用房以及廉租房建设的高度重视，居民在享受经济优惠的同时，对于建筑内部空间也提出了更高的要求。但是，经济适用房以及廉租房本身所具有较小的开间、进深等特点与建筑内部空间扩大要求相矛盾。因此，短肢剪力墙在小高层建筑结构中得到了广泛应用，针对短肢剪力墙在小高层结构中的应用分析具有现实意义。

1　短肢剪力墙结构的优点

将墙肢截面高厚比在4～8之间的短肢剪力墙与一般剪力墙集合形成短肢剪力墙结构体系，在房间分隔墙的交点处进行布置，并合理确定数量。短肢剪力墙需要根据建筑抗测力的需要与分隔墙之间的相交形式进行合理布置，使之在各墙肢之间设置连系梁并形成整体[1]。短肢剪力墙结构体系也就具有了较轻的自重，使得地震效应对建筑本身的作用力相对减少。

短肢剪力墙在抗震性能上相对于一般剪力墙结构要差，其受力与变形特征，与框剪结构具有一定的相似性。同等条件下，在结构整体遭到外界作用力而产生变形时，所导致的竖向位移也要比框剪结构小。

2　短肢剪力墙结构体系

短肢剪力墙结构根据小高层建筑本身的特点，充分利用竖向交通中心区分隔墙，进行剪力墙的布设，使之形成一个完整的核心筒体系，以应对竖向荷载以及水平荷载（如风荷载和地震荷载等）。连系梁将短肢墙与核心筒联系成统一的整体，从而使短肢剪力墙在小高层建筑中得到应用。将墙肢肢宽设计为墙厚的4～8倍，剪力墙截面厚度设计为不小于200mm，根据建筑本身的分隔墙形式确定短肢剪力墙的布置形式，可以采用L形、T形等多种形式。

3　短肢剪力墙的应用范围

在高层与超高层建筑结构中，通常不会全部采用短肢剪力墙。根据《高规》相关规定，短肢剪力墙被定义为截面厚度小于300mm、各肢截面高度与厚度之比在4～8范围之内的剪力墙。在规定的水平地震作用下，当短肢剪力墙能够承受的倾覆力矩大于建筑结构底部所能够承受的总地震倾覆力矩的30%时，《高规》将其称为具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。因此，在对小高层建筑结构中短肢剪力墙的判定尤为重要[2]，需要合理判定。根据小高层建筑结构的抗震需求，合理设计短肢剪力墙的数量。

4　短肢剪力墙在小高层结构设计中的应用

4.1短肢剪力墙布置分析

在进行短肢剪力墙的布置过程中，应该充分结合建筑本身的布置特点，在建筑中的布置应该足够均匀，合理控制墙的轴向应力。在进行短肢剪力墙的竖向布置时，保持墙肢上下对齐，并形成连续状态，严禁洞口出现错位，使其与连梁共同构成较多跨数的抗测力体系。对于短肢剪力墙的厚度设计要严格按照相关规范，保障建筑安全性能的前提下，降低建筑本身的自重。在进行底部加强时，其厚度不应该低于200mm，一字形独立剪力墙的底部加强部位设计厚度也要在220mm以上，对于其他部位的设计厚度应该在180mm以上。剪力墙在小高层建筑中的竖向设计可自下往上均匀减少，严禁其刚度突变。

4.2短肢剪力墙在小高层建筑中的抗震分析

在小高层建筑结构形式中，楼层的最大弹性水平位移应该尽量控制其小于该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍，在进行空间计算模型的设计时，应该考虑双向扭转的影响，以对建筑的抗震性能综合考虑[3]。短肢剪力墙在小高层建筑中的抗震等级不再提升，并对延性着重考虑。在进行抗震设计时，根据抗震等级对剪力墙的轴压比合理设计，尤其要考虑一字形短肢剪力墙的延性分析，可以将其轴压比限值降低0.1。

4.3短肢剪力墙在小高层建筑中剪力设计值以及配筋率分析

对于短肢剪力墙的剪力设计值需对结构底部及其他各层进行综合考虑，在一、二、三级抗震等级中，在设计时将其分别乘以1.4、1.2与1.1，其关键目的就在于避免短肢剪力墙过早受到外力冲击而遭受破坏。短肢剪力墙的竖向钢筋配筋率应该根据抗震等级进行设计，一、二级不应小于1.2%，三、四级要在1.0%以上。一字形短肢剪力墙延性以及平面外稳定性需要着重考虑，在小高层建筑中，应该避免采用一字形短肢剪力墙。在建筑结构的整体设计中，短肢剪力墙的翼缘应当适当加强。

5　短肢剪力墙在小高层设计中应用时应该注意的问题

5.1严格控制轴压比

短肢剪力墙的轴压比控制主要是针对端柱以及无翼缘的一字形短肢剪力墙进行着重考虑。有关数据显示，在小偏压状态下，剪力墙承受压力与弯矩时，就会导致剪力墙的延展性降低[4]。并且，在大偏压状态下，过大的轴压极易因为多种因素的融合提前达到混凝土的极限压应变，使建筑本身的承载能力以及变形能力受到严重削弱。因此，在小高层建筑结构的设计中，短肢剪力墙的轴压比要综合各种因素进行确定。

5.2加强抗震性能的研究工作

短肢剪力墙在小高层建筑结构中，抗震性能一直是其薄弱环节，主要表现在建筑的边缘一级角点处的短墙肢的设计上。在一字形短肢剪力墙的设计工作中，对相连连梁尤为注意，加强延性抗震构造措施，可适当加厚墙体，如在厚度上选取250mm，在底部加强部位选取300mm。小高层建筑结构构造中，如何加强短肢剪力墙在抗震性能上的提高尤为重要[5]。目前，大多数小高层建筑功能定性为住宅模式，居民居住的较高密度要求建筑本身应具有较高的抗震性能。

5.3合理选择截面形式

剪力短肢墙的截面优先选择十字形、L形以及T形，在外墙的转角处严禁使用一字形墙肢，并且在整栋建筑中，慎重选择一字形模式，尽量少用。根据小高层建筑的抗震等级等相关要素的分析与研究，合理选择横截面，保障墙与梁之间的有效断面。

5.4科学选择计算方式

短肢剪力墙在进行杆件内力计算以及结构本身动力特性分析时，应该综合利用现代信息计算技术，采用三维演算方法进行科学、系统分析。另外，针对剪力墙结构计算可采用PKPM中SATWE模块或者盈建科等软件进行比较分析。竖向构件包括薄壁杆模型以及墙元模型，根据设计对象的要点，合理选择计算方式。同时，软件计算时，墙元划分并不需要过分追求细化，原因在于单元有一定的厚度，并且单元自身的长、宽以及厚度之间的比例值接近时，此时不应该再使用墙元进行计算。