当前位置: 东星资源网 > 中考资料 > 中考分数线 > 正文

短肢剪力墙 [短肢剪力墙在小高层结构设计中的应用]

时间:2019-02-07 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  摘要:介绍了短肢剪力墙结构的特点、应用范围及布置原则,探讨了关于短肢剪力墙体系的判定方法,并阐述了短肢剪力墙结构的抗震要求及其一些设计要点,对工程设计有着重要的指导意义。
  关键词:短肢剪力墙,结构设计,SATWE
  
   随着城镇化进程进一步加快,住宅需求的增加和土地供应日趋紧张,导致开发高层住宅成为众多开发商的首选。短肢剪力墙结构具有较大的门窗洞口,能够较好地满足住户对采光与通风要求,同时结构布置灵活,减少了结构自重,也增加建筑使用面积,降低基础工程及上部结构的造价。
   根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)7.1.7条规定: 短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于 8的剪力墙。在短肢剪力墙结构布置时, 往往利用电梯间、楼梯间和山墙作为一般剪力墙, 其余布置短肢剪力墙,可以利用间隔墙来布置竖向构件,这样就能够满足现代居住大空间和平面布置灵活的需求。短肢剪力墙结构在住宅建筑结构设计和平面布置上的具有较大的优越性,所以在中小高层住宅建筑被广泛应用【1】。
  1、短肢剪力墙结构的定义
   我们一般认为:高厚比小于3为矩形柱,高厚比在3-4之间为异形柱,高厚比在4-8之间为短肢剪力墙,高厚比大于8为一般剪力墙。也就是说,高厚比在4-5 之间我们可以按短肢剪力墙去设计。通常短肢剪力墙墙肢的厚度为200~250mm(按照高规JGJ3-2010最新要求短肢剪力墙厚度不应小于 180mm),长度为1000~2500mm,且在规定的水平地震作用下短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%。一般为 “L”型、“T”字型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型等。短肢剪力墙结构形式如下图1所示:
  
  
  
   图1:短肢剪力墙结构形式
   具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指,在规定的水平地震作用下,短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%的剪力墙结构。当短肢剪力墙地震倾覆力矩占总地震倾覆力矩比不超过30%时,可按照一般剪力墙结构考虑,当超过30%,但不到40% 时,及时和设计单位总工沟通协调确定结构体系,避免在结构体系方面存在较大的分歧【2】。
  2、短肢剪力墙的布置原则
  2.1平面布置
   (1)在平面布置时短肢剪力墙要求建筑结构形状简单、规则,刚度和承载力均匀。
   (2)当建筑结构平面布置不规则时, 或者水平荷载比较大, 则应在平面外边缘及角点处布置短肢剪力墙以加强结构整体性、稳定性来满足平面刚度的要求。
   (3)短肢剪力墙布置应均匀,平面长度不应过长,突出部分不应过大。
  2.2竖向布置
   (1)在布置竖向短肢剪力墙时,结构的侧向刚度宜上小下大,逐渐均匀变化, 体形宜均匀、规则,禁止采用竖向严重不规则的结构。
   (2)剪力墙沿竖向宜连续分布,上到顶下到底,中间楼层不宜中断。墙厚度沿竖向应逐渐减薄,在改变截面厚度时不宜变化太大。短肢剪力墙厚度改变与混凝土强度等级的改变宜错开楼层,避免结构刚度突变。
   (3)抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度平均值不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%,或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%。抗震设计时,结构的竖向抗侧力件宜上下连续贯通。
  (4)短肢剪力墙应尽量对齐、 拉直布置,每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与之相连接,连梁尽可能布置在墙肢的竖平面内,使之形成成片的联肢墙抗侧力结构。
  
  
  
   图2: 短肢剪力墙布置方式
  3、短肢剪力墙设计要求及几个注意的问题
  3.1高层短肢剪力墙设计要求:
   1)《高规》(JGJ3-2010)7.1.7要求,高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时,应布置筒体(或一般剪力墙),形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。
   2)短肢剪力墙结构应布置必要数量的筒体(或一般剪力墙),以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。短肢剪力墙数量的上限为其承担的倾覆力矩不应大于总倾覆力矩的30%,否则调整设计。
   3)对于 L、T、十字形剪力墙,两个方向的墙肢高度与厚度之比最大值 4《《8 时,才为短肢剪力墙。
  3.2注意的几个问题
   (1)在设计短肢剪力墙的连梁时,为了满足强剪弱弯的要求,应设计成截面、刚度较小的弱连梁。对于跨高比大于 5 的应按框架梁设计,对跨高比小于 5 的连梁按连梁设计。在设计时墙肢刚度可相对减小,而连接各墙肢之间的梁刚度不应出现折减【3】。
   (2)在利用计算机辅助设计时,应结合实际情况来调整软件的各项参数及简化所建立的仿真模型,使其最大限度地反映实际工况,使之尽可能与实际工程情况一致。
   (3)B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A 级高度高层建筑,不宜布置短肢剪力墙,不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。
  4、短肢剪力墙抗震设防要求
   短肢剪力墙的受力主要以竖向荷载为主,水平荷载为辅。在抗震等级达一、二、三级时,根据高规(JGJ3-2010)7.2.2要求短肢剪力墙的轴压比需要分别控制在0.45、0.50、0.55。一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值应相应减少 0.1,短肢剪力墙的抗震设防等级同时需要尽可能提高,满足其在构造上的延性抗震要求【4】。
  4.1轴压比
   在考虑剪力设计时, 短肢剪力墙的底部加强部位的应按高规(JGJ3-2010)7.2.2条调整剪力设计值,其他各层一、二、三级抗震等级要求短肢剪力墙的剪力设计值应分别乘以增大系数 1.4、1.2和 1.1来进行调整,防止出现短肢剪力墙受到损坏的现象。轴压比如表1所示:
   表1:轴压比
  
  
  
  4.2配筋率
   对短肢剪力墙来说高层规范重点强调的是纵向配筋率,不能够只考虑竖向和水平分布筋的配筋率要求,同时在考虑其截面的全部纵向钢筋配筋率。竖向钢筋的配筋率在底部加?部位一, 二级抗震要求不宜小于1.2%,三级不宜小于 1.0%;其他部位一、二级不宜小于 1.0%,三级不宜小于 0.8%。其构造最小配筋宜按表2要求。
  表2:构造最小配筋
  
  
  
   严格按规范规定设置约束边缘构件及构造边缘构件,特别是对箍筋的设置及体积配箍率的要求。对其抗震薄弱环节,应增大箍筋和纵筋的配筋率,减小轴压比,加强其抗震性能,避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙,以保证整体结构的安全性、稳定性。
  5、整体验算分析
   SATWE软件是以壳元理论为基础,构造出一通用剪力墙墙元,该墙元同时具有平面内刚度及平面外刚度,可以仿真模拟工程中短肢剪力墙真实受力状态,而且与梁、柱单元连接时截面形状不受限制。由于考虑了各种异形截面情况及梁柱的偏心刚域影响,所模拟的墙元变形协调性较好,所以被广泛应用于工程结构设计。
  5.1参数设计
   根据本工程实际情况,对其参数进行设定:
   ①由于楼板存在面内变形,假设楼板开大洞周边、电梯筒周边及两塔楼连接部位均为弹性楼板。
   ②设计基本地震加速度为0.10g。设计地震分组为第1组特征周期值为0.45s。
   ③短肢剪力墙结构采用的抗震设防等级比《高规》提高一个等级。
  5.2 SATWE计算结果
   1)周期:在考虑扭转耦联时进行设定的振动周期、(X、Y)方向的平动系数和扭转系数见表3:
  表3:振动周期、平动系数及扭转系数一览表
  
  
  
   2)位移:最大位移移角在风力作用下X向,Y向,在地震力的作用下X向,Y向;符合高层抗震设防要求。
   3)重力二阶效应:刚重比:X向6.45,Y向7.06,改值大于2.7,能够满足高层规范整体稳定性演算的要求,所以不考虑重力二阶效应。
   4)剪重比:楼层最小剪重比为X向2.26%,Y向2.36%,大于高层抗震规范要求楼层最小剪重比1.6%。
   计算结果表明:短肢剪力墙结构在整体抗扭上性能良好、受力比较明确、传力比较合理,对提高结构抗震性能十分有利,对比传统框架剪力墙结构来说具有较大的优势。
  6、结论
   由于短肢剪力墙结构出现较晚,且新老高规对短肢剪力墙结构的定义,对短肢剪力墙的力学特性、抗震性能以及设计方法还缺乏一致的看法,导致在结构设计过程中出现混乱。因此明确短肢剪力墙的定义和特性,对其抗震性能、设计方法等进行系统的研究,形成一套完整的设计理论是我们当务之急要完成的一项任务。
  参考文献
  [1]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)[S] 北京: 中国建筑工业出版社,2002。
  [2] 王亚勇,戴国莹,建筑抗震设计规范疑问解答[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006。
  [3] 张晋, 吕志涛,短肢剪力墙―筒体结构模型振动台试验研究[J], 东南大学学报, 2001,31( 11) :4- 8。
  [4] 李红梅. 对短肢剪力墙结构设计的探讨[J], 中国新技术新产品, 2010( 2): 10-11。
  
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

标签:结构设计 小高层 剪力墙