建筑工程中短肢剪力墙结构的设计与应用

1、建筑工程中短肢剪力墙结构的设计与应用    关键词:建筑工程;短肢剪力墙结构;建筑功能;结构设计文章编号:1009-2374 #8197;(2010)19-0054-02 随着社会的发展,人们对高层住宅平面与空间的要求也越来越高,原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空问的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。近年来兴起的短肢剪力墙结构,由于其不仅可使室内不出现柱楞,又可增加使用面积的特点,而且具有改善建筑功能,有利于住宅建筑布置,从而降低了基础及上部结构的造价,受到建筑发展商的青睐,应用也逐渐广泛起来。 1短肢剪力墙结构的定义及特点

2、1.1短肢剪力墙结构的定义 1.2短肢剪力墙结构的特点 符合建筑的需要:连结各墙的梁,也随墙肢位置而位于间隔墙竖平面内,属于隐蔽型的,利用隔墙位置来布置竖向构件,使结构受力需要与建筑使用功能较好地统一起来,避免了框架结构中梁柱突出墙面的问题。当下部层数要求为大空间时,较易通过转换结构来处理上下结构的关系;节能降耗:由于减少剪力墙而代之以轻质砌体,房屋自重可以减轻,地震作用也随之减小,因而有利于降低造价。另外,由于外墙墙面相当一部分面积采用了轻质保温材料,代替钢筋混凝土墙面。房屋的保温隔热性能也得到改善,这有助于建筑节能目的的实现;结构布置灵活:结合建筑平面、利用间隔墙位置来布置竖向构件,墙的数

3、量可多可少,肢长可长可短,根据抗侧力的需要而定,还可以通过不同的尺寸和布置调整刚度及刚度中心的位置。 2短肢剪力墙结构的布置原则 (1)为了保证建筑物的刚心和质心相一致,避免在地震中发生扭转,短肢剪力墙应该尽量均匀布置。 (2)短肢剪力墙主要布置在房间间隔墙的交接处,为了免结构过刚或者过柔,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。 (3)在结构布置上,要是短力墙尽量对齐拉直,使其形成成片的联肢抗侧力结构。 (4)墙肢一般不宜过厚,以避免墙肢凸出各间隔墙表面。 (5)如果水平荷载较大或者建筑物造型不规则,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

4、的整体性。 3短肢剪力墙结构设计时应注意的问题 (1)建筑平面外边缘及角点处的墙肢,底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节,当有扭转效应,建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂。在地震作用下,高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主,底部外围的小墙肢截面积小且承受较大的竖向荷载,破坏严重,尤其“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小,使连梁受剪破坏的可能性增加,连梁的剪切破坏会使结构的延性降低,对抗震不利,设计时应注意,对连梁进行“强剪弱弯”的验算,保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏,短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结,连梁宜布置在各肢的平面内,避免用“

5、一”字形小墙肢。 (2)主要抗侧力结构筒体(或长墙)一般利用楼电梯间,但要注意刚度的均衡性,不要集中在一处布置而使建筑产生过大的扭转效应,同时简体要有足够的刚度,其平面尺寸不宜过小,要使简体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%,形成多道抗震防线,为了确保水平力可靠传递,核心区楼板适当加厚,与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计,短肢墙之间的连梁净跨不宜过小(一般取46m)使其具有一定的耗能作用。 (3)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围墙肢开裂,因而对外周边墙肢应加

6、大厚度和配筋量,加强小墙肢的延性抗震性能。 (4)据研究表明,框支剪力墙结构当转换层位置较高时,转换层附近层间位移角及内力分布积聚突变内力的传递仅靠转换层一层楼板的间接传力途径很难实现,转换层下部的框支结构易于开裂和屈服,转换层上部几层墙体易于破坏,这种结构体系不利于抗震、高裂度区(9度及9度以上)不应采用;8度区可以采用,但应限制转换层设置高度,可考虑不易超过3层,7度区可适当放宽限制,因此建议在6度抗震设防区,短肢剪力墙结构中,转换层设置高度不宜超过5层,避免高位转换。        4工程应用实例 4.1工程

7、概况 某工程,总建筑面积为12570m2,采用短肢剪力墙结构,为12层住宅楼,建筑总高43.65m(层高3m),顶层为复式住宅,屋顶为四坡屋面。 4.2短肢剪力墙结构结构设计 由于整个楼层的建筑平面较为复杂,采用在14和15轴问设置双墙防震缝,在D和E轴间设置悬挑构件抗震缝的处理方法,将平面分成相对独立的4个部分,各部分的长宽比L1/B1max=29/9.4=3.09宽比Hl/B1=37.44/9.4=3.98L/Bmax4.3结构设计的主要参数 场地类型为II类建筑场地,剪力墙抗震等级为二级。水平地震作用按x、y两个方向计算。同时考虑扭转耦联,周期折减系数0.85,计算取9个振型,结构阻尼比

8、0.05,竖向力按模拟施工加载方式计算,恒活荷载分开计算。修正后的基本风压为0.35,地面粗糙度为B类,结构体型系数为1.4。连梁刚度折减系数0.7,地震力分项系数为1.3,风荷载分项系数为1.4,恒荷载分项系数为1.2,活荷载分项系数为1.4。 本工程基础采用钢筋混凝土墙下条基(有肋梁),剪力墙厚度内外墙均为200mm,连梁截面b×h为200mm×(370570)mm,楼板厚度100130mm,混凝土强度等级为C35C25。地基采用天然地基,以层粘土层做为持力层,Es=15MPa,fak=300kPa。 4.4短肢剪力墙的布置 按照抗震设计要求,结合窗间墙、楼梯间及房间四

9、角等布置成“一”字形、“L”形、“T”,形、“Z”形或“十”字形墙段,沿结构平面各主轴方向均匀、对称布置,做到刚心和质心重合,减少结构扭转。各墙肢肢长不宜相差太大,截面高厚比可以控制在58之间,避免出现高厚比小于3的小墙肢,使各墙肢刚度接近,保证在水平地震力作用下,各墙肢受力均匀,避免个别长墙因内力太大而出现超筋。另外在轴,轴间形成4个较为完整的弱筒,以增强整个结构的抗侧力性。在竖向,要求墙肢上下对齐、连续。在同一轴线上的各墙肢通过连系梁连接,可增加对墙肢的约束,提高结构的抗震性能。为了保证连梁具有较好的刚度和延性,取其跨高比为4l/h8较为合适。 4.5墙肢截面设计 塔楼周围及肢长/肢宽5结语 随着新型墙体材料的不断开发和应用,现代高层住宅建筑要求大开间、平面及房间布置灵活、方便,室内不出现柱、梁壳,短肢剪力墙结构在高层住宅中的运用将会越来越广泛。因此,我们在设计中应根据其受特点充分了解其破坏机理,选用合理的结构形式,正确掌握计算分析方法和截面配筋,其结构才能有可靠的安全保证。 参考