摘要：高层住宅短肢剪力墙过多的剪力墙结构能够给住宅建筑内部的分布带来很大的方便,其能够有效防止框架结构露梁露柱的缺陷。但受到新型结构抗震性的影响,其在地震较多的地区没有得到太多的运用,在运用短肢剪力墙结构抗震设计过程中,对其运用范围加以限制,更应该完善相应的抗震方法。
关键词：高层住宅；短肢剪力；结构设计
The high-rise residential short-shear walls of the shear wall structure can be too much to the distribution of residential building internal bring the great convenience, it can effectively prevent the frame structure of the dew LiangLouZhu defects. But the influence of vibration resistance by the new structure, and the earthquake in more areas without too much apply, in use short shear wall structure seismic design process and its application to limit, more should perfect the corresponding seismic method.
Keywords: high-rise residential; Short-shear; Structure design
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
一、高层住宅短肢剪力墙结构
短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。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。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，可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，省建筑设计院的广厦CAD的SS模块，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清华大学的TUS，省建院的SSW等。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间杆-墙组元程序进行校核。在进行以上分析后，按《高层建筑结构设计与施工规范》进行截面与构造设计，相对于异形柱结构，短肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟，但这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。
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，设计时宜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的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，应加强其抗震构造措施，如减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率；
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；
4)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；
5)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。
二、结构设计
2．1连梁刚度折减系数
在承载能力极限状态和正常适用极限状态设计中,高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析,但抗震设计的剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小,而承受的弯矩和剪力很大,配筋设计困难。因此,可考虑在不影响其承受竖向荷载能力的前提下,允许其适当开裂(降低刚度)而把内力转移到墙体上。通常,设防烈度高时可多折减一些(8、9度时可取0.5),设防烈度低时可少折减一些(6、7度时可取0.7),但一般不宜小于0.5,以保证连梁承受竖向荷载的能力。当连梁刚度折减系数取值小于0.5时,与之相连的剪力墙肢设计应加强,连梁本身必须满足非抗震设计的承载能力和正常使用极限状态的设计要求。但是在短肢剪力墙结构中,跨高比不小于5的梁也占较大比例,类似普通框架梁的受力性能,重力作用效应比水平风荷载或水平地震作用效用更为明显,此时应慎重考虑梁刚度折减问题,折减幅度不宜过大,以控制正常使用节点梁裂缝的发生和发展。原则上来讲,当剪力墙的连梁以弯曲变形为主时,应按梁输入;当以剪切变形为主时,应按连粱输入。
《高规》中第7.1.8条规定:剪力墙开洞形成的跨高比小于5的连梁应按剪力墙章节中有关规定设计;当跨高比不小于5时,宜按框架梁有关规定设计。因此,设计人员可以根据跨高比是否大于5来判断,是按梁输入还是按洞口输入。如果采用SATWE程序计算,为了处理方便,对于连接短肢墙的梁,可以把跨高比不小于5的梁按粱输入方式输入,并且不定义为连梁,按框架梁的参数计算。跨高比小于5的梁按墙洞口输入(若仍然按梁输入法输入,就必须定义成连梁),这样连梁的折减系数就可以统一取一个数值了。本工程连梁刚度折减系数统一取0.7。
2．2结构计算振型数
程序在模型分析时采用的是完整刚度矩阵,计算振型数的取值应遵循《建筑抗震设计规范》(GBJ5001-2001)中5.2.2条规定:振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90?所需的振型数。这时所取的振型数就是足够的振型数。通过大量的计算实例,发现振型数的多少不仅与结构层数、结构形式有关,还与计算时是否考虑楼板的弹性变形有关。当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数应取得多些。当第一周期为扭转周期时,振型数也应取得多些。当考虑楼板的弹性变形时,振型数有时需成倍的增加。
2．3短肢剪力墙的轴压比
美国UBC及新西兰规范都引入剪力墙的变形能力要求,并从变形能力出发规定了轴压比限度,同时提出了混凝土压高变大小设置的约束边缘构件的设计方法。根据国内目前所做的实验结果,当剪力墙所承受的轴压力较大时,延性较差,原因在于此时剪力墙处在压弯状态下,受压区较高,呈小偏心状态,所以要限制轴压比。我国《高规》第7.1.2条4中:抗震设计时,各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比,抗震等级为一、二、三级时分别不宜大于0.5、0.6、0.7;对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙,其轴压比限值相应降低0.1。
2.4考虑偶然偏心或双向地震作用
国外多数抗震设计规范规定需考虑由于施工、使用或地震地面运动的扭转分量等因素引起的偶然偏心的不利影响。即使对于平面布置规则(包括对称)的建筑结构也规定了偶然偏心。对于平面布置不规则的结构,除其自身已有的偏心外,还要加上偶然偏心。质量偶然偏心和双向地震作用都是客观存在的事实,是两个完全不同的概念。在地震作用计算时,无论考虑单向地震作用还是双向地震作用,都有结构质量偶然偏心的问题。反之,不论是否考虑质量偶然偏心的影响,地震作用的多维性本来都应该考虑。显然,同时考虑二者的影响计算地震作用原则上是合理的。但是,鉴于目前考虑二者影响的计算方法并不能完全反映实际地震作用情况,而是近似的计算方法。因此,质量偶然偏心和双向地震作用何时分别考虑以及是否同时考虑,取决于现行规范的要求。按照《高规》的规定,单向地震作用计算时,应考虑质量偶然偏心的影响。质量与刚度分布明显不均匀、不对称的结构,应考虑双向地震作用计算。因此,质量偶然偏心和双向地震作用的影响可不同时考虑。如此规定,主要是考虑目前计算方法的近似性以及经济方面的因素。至于考虑质量偶然偏心和考虑双向地震作用计算的地震作用效应谁更为不利,会随着具体工程而不同,或同一工程的不同部位(不同构件)而不同,不能一概而论。因此,考虑二者的不利情况进行结构设计,显然是可取的。
三、结束语
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，原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。“短肢剪力墙结构”由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，受到了建筑师的肯定，更得到了住户与房开商的欢迎。
参考文献:
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