对短肢剪力墙结构设计分析及探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 对短肢剪力墙结构设计分析及探讨 摘要：随着市场经济的发展，住 房已经实现商品化，一方面如何满足对 住房的高标准的要求，另一方面要在有 限的土地资源上实现开发商的最大利益， 短肢剪力墙结构在适应市场经济的发展 中逐渐发展起来，形成一种新的结构体 系，通过几年的设计实践，作者介绍了 短肢剪力墙的基本概念及优点，分析了 短肢剪力墙的结构布置及特点、受力性 能与结构计算、结构布置及特点、内部 构造要求、并对短肢剪力墙结构中的抗 震薄弱环节及概念设计进行探讨。 中国论文网 /2/view-12911663.htm 关键词：短肢剪力墙；结构设计； 结构计算优点分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 前言 近年来随着房地产业的发展，小、 中高层板式住宅越来越受到开发商和住 户的青睐。为了适应建筑的要求，该类 建筑的结构形式有不少采用了短肢剪力 墙。在结构布置中，利用楼的电梯间、 山墙和分户墙布置部分剪力墙，其余布 置墙肢长度为 58 倍墙厚的短肢墙， 这样的布置既能使厅和卧室中没有突出 的梁和柱，又能通过调整墙体的位置， 适应现代居住空间要求的大空间和灵活 性，经济合理地满足抗震设防的要求， 是与时俱进适应发展需求的结果。由短 肢墙组成的联肢墙的变形特征介于框架 和剪力墙之间，整体结构的变形特征介 于剪力墙结构和框架一剪力墙结构之间。 在运用现行有关规范、规程设计时，由 于设计人员对该结构形式的理解不同， 所采取的结构措施有不少差异。因此设 计人员中应运用结构概念设计的原则， 根据其受力变形特征灵活地采用恰当的 抗震措施。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1、基本概念及优点 为了弥补剪力墙结构体系存在的 上述缺点，以剪剪力墙构为基础，吸取 框架结构的优点，使结构刚度调整到适 宜，由此形成了一种结构体系 “短 肢”剪力墙结构体系。 短肢剪力墙结构是指墙肢截面高 度为厚度 58 倍的剪力墙结构。和一 般剪力墙相比，这种结构型式的优点在 于： （1）墙肢较短，布置灵活，可 调整性大，容易满足建筑平面的要求。 （2）减少了剪力墙而代之以轻 质砌体，结构自重相应减轻，从而减小 结构整体刚度，增大振动周期，降低地 震作用力。 （3）墙肢高宽比较大，延性较 好，对抗震有利。 （4）连梁跨高比较大，以受弯 破坏为主，地震作用下首先在弱连梁两 端出现塑性铰，能起到很好的耗能作用。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 （5）墙肢的承载力得到了较充 分的发挥。 目前， 高层建筑混凝土结构技 术规程JGJ32002 已对短肢剪力墙结 构的设计做出了规定。 2、短肢剪力墙结构的布置原则 (1)短肢剪力墙主要布置在房间间 隔墙的交接处，墙肢的数量要根据具体 的抗侧力要求进行确定，不能过多或过 少， 以免结构过刚或者过柔。 (2)短肢剪力墙应该尽量均匀布置， 以保证建筑物的刚心和质心相一致，避 免在地震中发生扭转。 (3)在结构布置上，要使短力墙尽 量对齐拉直，使其形成成片的联肢抗侧 力结构。 (4)当水平荷载较大时或者建筑物 造型不规则时，应该在平面外各角点及 边缘处布置短肢剪力墙来满足结构平面 刚度的要求和加强结构的整体性。 (5)为了避免墙肢凸出各间隔墙表 面。墙肢一般不宜过厚。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 3、短肢剪力墙的受力性能与结 构计算 3.1 受力性能 短肢剪力墙结构是指墙肢截面高 度为厚度 58 倍的剪力墙结构，剪力 墙根据整体性系数 及墙肢延高度上弯 矩的变化，可分为 3 类(见图 1)： (1)满足 10，InIZ 时，为整 体小开口墙，它的整体性很强，墙肢不 出现反弯点，变形以弯曲变形为 主。 (2)满足 10 时， InIZ，为 联肢墙，它的整体性不很强，墙肢不出 现或很少出现反弯点，变形仍以弯曲 变形为主。 (3)满足 10，但 InIZ 时， 结构的梁、柱刚度比大，整体性很强， 墙肢大多出现反弯点，按壁式框架考 虑。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 其中, In=Airi2；I=In+Ij；Ij=Iji Ai 为墙肢 i 的面积； Iji 为墙肢 i 截面的惯性矩； ri 为墙肢 i 的截面形心至组合截 面形心的距离。 为使短肢剪力墙结构的墙肢受力 性能和变形性能优于异形柱，尽量不把 短肢剪力墙设计成壁式框架，考虑到短 肢剪力墙小墙肢、大洞口的特点，不适 合设计成整体小开口墙结构，所以，综 合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙结 构设计为 10，In Iz 的联肢墙。 3.2 结构设计 短肢剪力墙结构是适应建筑要求 而形成的特殊剪力墙结构。其计算模型、 配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙 结构。在 TAT、TBSA 中，只需按剪刀 墙输入即可， 而且 TAT、TBSA 更适 合用来计算短肢剪力墙结构。 TAT、TBSA 所用的计算模型都是杆件、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间 杆件，每端有 6 个自由度，墙视为薄壁 杆件，每端有 7 个自由度(多一个截面 翘曲角，即扭转角沿纵轴的导数)，考 虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵 位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵， 引入楼板平面内刚度无限大假定减少部 分未知量之后求解，它适用于各种平面 布置，未知量少，精度较高。但是，薄 壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结 构布置复杂(如有转换层) 时，也存在 些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑 剪切变形的影响，当结构布置复杂时变 形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长 较短(一般为墙厚的 58 倍)，本身较高 细，更接近于杆件性能，所以，用 TAT、TBSA 计算短肢剪力墙结构能 较好地反映结构的受力，精度较高。 对设有转换层的短肢剪力墙结构， 一般都只是将电梯间、楼梯问、核心筒 和一少部分剪力墙落地，其余剪力墙框 支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以 用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的 连续和力的正确传递。因此，带有转换 层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模 型软件(如 SATWE)进行计算。当然， 从整体上的内力(特别是下部支承柱的 内力)分布情况来看，如果将剪力墙加 以适当的处理，还是可以用 TAT、TBSA 对结构进行整体计算的。 4、内部构造要求 短肢剪力墙结构的截面设计及 构造措施，应遵循建筑抗震设计规范 （GB500112001）中有关章节的规定 进行设计。剪力墙截面的设计，应通过 正截面偏心受压、偏心受拉的计算，在 满足最小筋率要求的前提下，确定墙肢 端部的受力钢筋，即约束边缘构件或构 造边缘构件的纵筋，由斜截面抗剪计算 出墙肢腹板水平分布钢筋。 在抗震设计的双肢剪力墙中，墙 肢不宣出现小偏心受拉，如果双肢剪力 墙中一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 会出现水平通缝而失去抗剪能力，且由 荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙 肢而导致其抗剪承载力不足，因此，应 当避免墙肢出现小偏心受拉。 在一个墙肢出现大偏心受拉时， 因水平裂缝较大，它承受的部分剪力也 会向另一墙肢转移，这时可将另一墙肢 的剪力及弯矩设计值乘以增大系数 1.25，以提高其抗剪承载力。 墙体除了受弯、受剪计算外，在 集中荷载作用下，还应进行局部受压承 载力计算。在实际的设计工作中，除了 常规的设计方法外，也可以不设置端部 暗柱，受力钢筋仍然置于墙肢的端部， 腹板竖向分布钢筋按设计配筋率均匀放 置，将水平分布钢筋做成封闭箍筋，类 似于异形柱配筋的形式，可降低施工难 度，配置环形封闭水平筋并配置水平拉 筋后，可增加对混凝土的约束，有利于 提高混凝土墙肢的延性。 剪力墙的连梁应进行斜截面受剪 和正截面受弯承载力计算。连梁的正截 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 面配筋，按矩形截面构件计算，取上、 下配筋的较大值，按对称配筋置于梁截 面上、下部位。按斜截面抗剪计算所得 的箍筋沿全跨加密设置对于个别连梁， 因其跨度小，刚度很大，地震作用下允 许连梁局部开裂，可将连梁的刚度予以 折减，抗震设计的剪力墙的连梁弯矩及 剪力也可进行塑性调幅，以降低其剪力 设计值。若在内力计算时已经折减连梁 的刚度，则调幅的范围应当受到限制或 不再进行调幅，以避免在使用状况下连 梁中裂缝开展过早、过大。当部分连梁 降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙 肢的弯矩设计值应相应提高。 5、短肢冀力墙结构的抗震设计 建筑物角点处的墙肢、底部外围 的小墙肢以及连梁等构件均是短肢剪力 墙结构的抗震薄弱环节。尤其是发生扭 转时，建筑物外边缘和角点处的墙肢就 会首先开裂；在地震作用下，对于层数 较高的短肢剪力墙结构将主要发生弯曲 变形，底部外围的小墙肢将破坏严重， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 特别是“一”字形小墙肢破坏最严重；在 短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对 减少，使连梁受剪破坏的可能性增加， 因此设计中，对这些薄弱环节，更应当 加强概念设计和抗震构造措施。短肢剪 力墙结构在平面上分布要力求均匀，使 建筑物的刚度中心和质心尽量接近，以 减小扭转效应；适当的增加建筑平面外 边缘及角点处的墙肢厚度，加强墙肢端 部的暗柱配筋量，严格控制墙肢截面的 轴压比，以提高墙肢的延性和承载力。 高层建筑中连梁是一个耗能结构构件， 连梁的剪切破坏将会使结构的延性降低， 对抗震极其不利，在具体设计工作中应 对连梁进行“ 强剪弱弯” 的验算，短肢剪 力墙结构直在两个方向均有粱与之拉结， 连梁宣布置在各墙肢的竖平面内，坚决 避免采用“一 ”字形墙肢：短肢剪力墙底 部加强配筋部位应当符合 相应的规范要求。 6、结束语 作为剪力墙结构体系的分支，