试论高层建筑短肢剪力墙结构
摘要:随着人们对住宅,特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高,原来普通的框架结构的露量露柱,普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分割已不能满足人们对住宅空间的要求。于是在原有剪力墙的基础上,吸收了框架结构的优点,逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构形式,即“短肢剪力墙结构”型式。
关键词:短肢剪力墙结构探讨
1.短肢剪力墙与短肢剪力墙结构
短肢剪力墙是指墙纸的长度为厚度的5-8备剪力墙,常用的有:“T”字形、“L”型、“十”字型、“Z”型、折线型、“一”字型。由于设置翼缘的剪力墙比一字型短肢剪力墙的抗震性能强,延性及平面外稳定较好,故规范要求短肢剪力墙尽可能设置翼缘。短肢剪力墙必须是每个墙肢高厚比都小于8的 材判定为短肢剪力墙,如有一个方向的肢高厚比超过8,则应判定为一般剪力墙。
短肢剪力墙结构,准确地说规范并没有将短肢剪力墙单独划分为一种结构类型,而是将其称为“短肢剪力墙较多的剪力墙结构”,即它是剪力墙结构的一种特殊形式,并且明确规定高层建筑不用采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。结构所包含的普通剪力墙(主要是指结构平面中部由剪力墙构成的筒体,如楼梯间或电梯间)不能太少,高规规定,筒体和一般剪力墙承受的第一振行底部地震倾覆力矩不宜小于结构总地步地震倾覆力矩的50%。这个规定是短肢剪力墙数量的上限,及短肢剪力墙承担的地震倾覆力矩不应超过总力矩的50%。规范没有规定短肢剪力墙结构中,短肢剪力墙结构中,短肢剪力墙承担的地震倾覆力矩可占总力矩的40%~50%。对于一般剪力墙结构中,如短肢剪力墙承担的地震倾覆力矩占总力矩的40%一下,则为少量短肢剪力墙,克不必遵守《高规》7.1.2条的规定。
2.短肢剪力墙结构的特点
这种结构型式的特点是:
(1)结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件.基本上不与建筑使用功能发生矛盾;
(2)墙的数量可多可少,肢长可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置;
(3)能灵活布置,可选择的方案较多,楼盖方案简单;
(4)连接各墙的梁,随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内,可隐蔽;
(5)根据建筑平面的抗侧刚度的需要,利用中心剪力墙,形成主要的抗侧力构件,较易满足刚度和强度要求。
(6)与剪力墙结构相比,可减轻房屋重量。3短肢剪力墙结构的计算对短肢剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成,所以基本上与普通剪力墙结构分析相同,采用空间杆一墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。下面就应用satwe的问题加以说明:
1)satwe可以自动搜索短肢剪力墙,但不能自动判断短肢剪力墙结构。因此,在短肢剪力墙较多时,可以暂时将结构体系设定为“短肢剪力墙结构”进行试算,查看
计算书WV02Q.out输出的柱及短肢剪力墙倾覆弯矩、墙倾覆弯矩及柱及短肢剪力墙倾覆弯矩所 占百分比等数值。
2)当上下部结构不完全相同、各楼层剪力墙布置不一致时,应主要考查结构底部加强区及以上一层(不含地下室)短肢剪力墙所占的比例。
3)短肢剪力墙结构的抗侧力构件布置,宜使两个主要受力方向的刚度和承载力相近。如果x或Y方向中的一个判定为短肢剪力墙结构,另一个方向判定为一般剪力墙结构,应两个方向各自分析确定效应和配筋,即分别设定结构类型计算两次,各取相应的计算结果,这样操作比较烦琐。
4)对于上部是短肢剪力墙结构,下部是框架一剪力墙结构的框支转换短肢剪力墙结构,应在结构体系设置时,按“短肢剪力墙结构”和“复杂高层结构”各计算一次,因为这类结构同时符合两类特殊结构类型,而规范对这两类结构的要求各有侧重,需要调整和加强的内容不同。底部加强部位(转换部位)的框支剪力墙结构应按“复杂高层结构”的要求进行设计,上部非加强部位的短肢剪力墙应按“短肢剪力墙结构”的要求进行设计。
3.短肢剪力墙结构的设计需注意的问题
短肢剪力墙抗震性能差,因此在设计时要加强概念设计,对一些不利部位加强构造措施
)1)由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小,设计时应布置适当数量的长墙,或利用电梯,楼梯间形成刚度较大的内筒,以避免设防烈度下结构产生大的变形,同时也形成两道抗震设防;
(2)短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘及交点处的墙肢、底部外围的小墙肢。高层短肢剪力墙结构在水平力作用下,显现整体弯曲变形为主,底部外围小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力,由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂。因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量,加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接,避免形成孤立的“一”字形墙肢;
(3)各墙肢分布要尽量均匀,使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近,必要时用长肢墙来调整刚度中心。结构竖向应均匀布置,避免头重脚轻,结构重心尽可能的降低,避免楼层刚度突变及错层。
(4)高层结构中的连梁是一个耗能构件,在短肢剪力墙结构中,墙肢刚度相对减小,连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁,而不同于一般剪力墙间的连梁,不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调,使其设计内力降低,应按普通框架梁要求,控制砼压区高度,其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%～80%来解决,按强剪弱弯,强柱弱梁的延性要求进行计算。
(5)由于外墙面钢筋混凝土短墙肢之间填充墙与钢筋混凝土墙的变形模量不同,在二者交界处易产生裂缝,通常采取的措施是在做粉刷时,在二者交界面处附粘一层玻璃丝布,使应力平缓过渡。
总之,短肢剪力墙结构有着较大的市场需求,在设计中根据其受力的特点,充分了解其破坏的机理,正确掌握计算机分析方法和截面配筋,其结构才能有可靠的安全保证。
