康恒

摘要:隨著我國(guó)城市化、現(xiàn)代化進(jìn)程地不斷加快,高層建筑儼然成為城市建筑的主流形態(tài),在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,剪力墻作為一個(gè)成熟的結(jié)構(gòu)形式,其結(jié)構(gòu)和形式呈現(xiàn)出多樣化,本文依據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算原理結(jié)合工程實(shí)例就高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析談幾點(diǎn)看法。

關(guān)鍵詞:高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):TU8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(c)-0028-02

1 剪力墻的常見類型

(1)從剪力墻的開洞率及對(duì)其自身的受力特性影響進(jìn)行劃分,可以將單片剪力墻劃分為如表1所示的幾種類型。

(2)從墻體的高寬比進(jìn)行劃分,通常分為高剪力墻和低矮剪力墻。

(3)從豎縫及配筋的存在方式進(jìn)行劃分,通常分為普通配筋、交叉配筋和帶暗支撐剪力墻。

(4)在實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,最為常用的兩種結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

2 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,由實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn),對(duì)于剪力墻的布置應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

(1)從布置方式上來看,剪力墻沿主軸方向或其他方向比較適合以雙向或多向的方式進(jìn)行科學(xué)的布置,并使兩個(gè)方向的剛度盡量接近,對(duì)于不同方向的剪力墻應(yīng)該分別進(jìn)行有效的聯(lián)結(jié),通過科學(xué)的布置,借助于拉通、對(duì)直的作用,有效地保證剪力墻達(dá)到最好的空間工作性能。

(2)在布置的順序上來看,剪力墻最好是自下而上進(jìn)行連續(xù)地布置,實(shí)踐證明如此布置能夠有效地避免出現(xiàn)不良的剛度突變。

(3)從結(jié)構(gòu)剛度要求上來看,在具體的設(shè)計(jì)上,沿高度的方向應(yīng)允許在合理的范圍內(nèi)改變墻的厚度和混凝土的強(qiáng)度等級(jí),或是減少部分墻肢,目的在于確保側(cè)向的剛度沿著高度保持連續(xù)地、逐漸地變小。如若剪力墻沿著高度是非連續(xù)變化的,勢(shì)必將引起建筑結(jié)構(gòu)沿著高度出現(xiàn)不連續(xù)的剛度,存在著剛性突變問題,對(duì)抗震結(jié)構(gòu)不利。

(4)如果在實(shí)際中遇到剪力墻的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的情況,在設(shè)計(jì)上通常各個(gè)墻段之間憑借弱連梁進(jìn)行有效的連接,將其等效地分為若干獨(dú)立墻段,如圖2所示。

(5)從剪力墻洞口的布置角度來看,大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,開洞方式之間影響著剪力墻的力學(xué)性能。在剪力墻的門窗洞口開洞方式上,為了保證剪力墻良好的物理力學(xué)性能,洞口上下對(duì)齊、規(guī)則、成列地進(jìn)行布置,能形成明確的墻肢和連梁,其應(yīng)力有著非常規(guī)則的分布,與當(dāng)下普遍應(yīng)用的計(jì)算簡(jiǎn)圖符合度非常高,設(shè)計(jì)能夠達(dá)到很高的安全性能。

當(dāng)然,在實(shí)際工程中也有些不規(guī)則開洞的剪力墻如圖3所示,其中3-1為錯(cuò)洞剪力墻;3-2、3-3為疊合錯(cuò)洞墻。從剪力墻的物理力學(xué)性能來看,不規(guī)則的開洞形式是不利的結(jié)構(gòu)抗震的,實(shí)在無(wú)法避免應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。

(1)剪力墻底部加強(qiáng)部位是塑性鉸出現(xiàn)及保證剪力墻安全的關(guān)鍵部位,對(duì)于一、二、三級(jí)抗震等級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位不宜使用錯(cuò)洞墻,如無(wú)法避免使用錯(cuò)洞墻時(shí),錯(cuò)開洞口水平之間的距離應(yīng)確保≥2000mm(如圖3中的3-1所示),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合多種因素仔細(xì)地進(jìn)行計(jì)算與分析,在洞口的周邊應(yīng)有針對(duì)性地布設(shè)有效的構(gòu)造措施;

(2)對(duì)于一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻,無(wú)論在什么部位都不宜采用疊合錯(cuò)洞墻,除此之外且必須要用到疊合錯(cuò)洞墻時(shí),在其布置時(shí)必須借助于有限元的方法進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算和分析,同時(shí)應(yīng)該在洞口周邊布設(shè)加強(qiáng)措施(如圖3中的3-2所示),或者采用其他輕質(zhì)材料填充(圖中陰影部分),如此一來可將疊合洞口等效看作為框架結(jié)構(gòu)(如圖3中3-3所示)。

3 “框架——剪力墻”的設(shè)計(jì)

當(dāng)下在高層建筑物的剪力墻設(shè)計(jì)上,在框架結(jié)構(gòu)的恰當(dāng)?shù)牟课徊贾靡欢〝?shù)量的剪力墻,由二者共同承受外荷載,就構(gòu)成了“框架——剪力墻”結(jié)構(gòu)體系。

該結(jié)構(gòu)受到豎向荷載作用時(shí),框架和剪力墻分別承擔(dān)各自范圍內(nèi)的荷載,其內(nèi)力計(jì)算方法與等同于框架、剪力墻的內(nèi)力計(jì)算;該結(jié)構(gòu)受到橫向荷載作用時(shí),框架和剪力墻的各自構(gòu)件性能就表現(xiàn)出來了,由于抗側(cè)剛度相差懸殊同時(shí)變形性能迥異,同時(shí)都受到平面剛度很大的樓面約束,均不可能單獨(dú)變形,所以,設(shè)計(jì)上必須解決框架和剪力墻之間協(xié)同工作的問題。

框架——剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻布置應(yīng)做到“均勻、分散、對(duì)稱、周邊”的原則,并應(yīng)在結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向均布置剪力墻,特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的平面尺寸相差較大時(shí),除了在短向布置剪力墻外,在長(zhǎng)向更應(yīng)布置一定數(shù)量的剪力墻,但是長(zhǎng)向剪力墻的墻肢不宜過長(zhǎng),使結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的抗側(cè)力剛度不至相差過大,以減小結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng),并體現(xiàn)多道防線的概念設(shè)計(jì)要求。同時(shí),在設(shè)計(jì)中剪力墻的截面沿高度方向采取變截面的方式,越往上墻厚逐漸變薄,這是因?yàn)樵谒胶奢d作用下,單獨(dú)的剪力墻變形為彎曲型,下部側(cè)移小、上部側(cè)移大;而單獨(dú)的框架變形為剪切型,下部側(cè)移大、上部側(cè)移小?？蚣堋袅t為彎剪型的變形結(jié)構(gòu),通過各層樓板的約束,框架和剪力墻兩者變形趨于一致(如圖4所示),在下部樓層,剪力墻承擔(dān)大部分剪力,拉著框架變形,使框架的層間側(cè)移減小;到了上部樓層,剪力墻的側(cè)移變大,框架的側(cè)移變小,為了使變形協(xié)調(diào)一致,框架除了承擔(dān)原有的剪力外,還需額外承擔(dān)拉回剪力墻變形產(chǎn)生的附加剪力,所以剪力墻截面沿高度方向不變,剪力墻越厚,在上部樓層框架的負(fù)擔(dān)反而越重,對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成不利影響。

4 工程實(shí)例

某工程為26層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)布置如圖5所示,抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本加速度0.10g,建筑場(chǎng)地類別:Ⅱ類,特征周期0.35s,設(shè)計(jì)使用年限50年,屬丙類建筑。本工程采用兩種不同的剪力墻厚度進(jìn)行分析比較,一種是剪力墻厚度均勻變化,由下部的400mm逐漸變化到上部的200mm;另一種是剪力墻厚度從下到上均采用450mm,其他的結(jié)構(gòu)布置均相同,計(jì)算結(jié)果如表2所示。(采用PKPM系列－SATWE)。

由計(jì)算結(jié)果可知,剪力墻變厚,框架承受的傾覆力矩反而加大了,其原因在于剪力墻越厚,框架的負(fù)擔(dān)就越重,要求其抗側(cè)力剛度也越大,所以剪力墻厚度不變不僅使結(jié)構(gòu)剛度過大,不但加大了結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng),同時(shí)結(jié)構(gòu)的自重及工程量也相應(yīng)增加,當(dāng)剪力墻部分的抗側(cè)力剛度加大而框架部分的抗側(cè)力剛度不變時(shí),由于剪力墻變厚增加的水平力只能由框架來承擔(dān),這樣對(duì)結(jié)構(gòu)的安全也是不利的。因此,剪力墻截面沿高度方向從下至上逐漸減小,無(wú)論對(duì)結(jié)構(gòu)安全還是工程經(jīng)濟(jì)性都是有益的。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平的提高,高層建筑將如雨后春筍般出現(xiàn),剪力墻結(jié)構(gòu)因其抗側(cè)剛度大,能有效地減少側(cè)移,且具有較好的抗震性能,因而被廣泛應(yīng)用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中。所以,在剪力墻設(shè)計(jì)中,要根據(jù)其受力的特點(diǎn),充分掌握和了解其受力特點(diǎn)和破壞機(jī)理后,并選擇合理的布置形式,正確掌握計(jì)算分析方法,建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì),剪力墻亦將在多、高層的住宅中有著廣闊的發(fā)展前景。

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