论文部分内容阅读
摘要：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短救剪力墙结构被广泛应用，本文结构工程实例，对某高层住宅楼短肢剪力墙结构设计进行了分析。
前 言
短肢剪力墙结构是剪力墙结构中的一种,多用于高层及小高层住宅建筑。短肢剪力墙结构的大多数墙肢相对较短,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。近年来,随着人们对住宅,平面与空间的要求越来越高,原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们的需求。在这样的情况下,由于钢筋混凝土短肢剪力墙结构具有墙肢可灵活布置,房间内无露梁露柱的现象,给建筑较大的灵活空间,剪力墙数量较少,减轻了自重,减小了水平地震作用,降低了钢筋混凝土的用量等优点,因此得到了广泛运用。
新的《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中规定:短肢剪力墙是指墙截面高度最大值与厚度之比大于4但不大于8的剪力墙结构,且墙后不小于300 mm。相比旧规范增加了厚度的限制。为此，本文将重点谈谈高层住宅中短肢剪力墙结构的设计应用。
1、工程概况
本工程为小高层住宅楼，总建筑面积约9890m2，房屋总高度32．8m。裙楼为外扩地下室，也作车库使用，平面尺寸为45．6m×18m，层高3．3m，顶板面比主楼1层楼面低1．5m。
本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0．059，设计地震分组为第一组。地面粗糙度为B类，基本风压值取0．35kN／m2，场地土类别为Ⅱ类，属抗震有利地段。
2上部结构体系
本工程的平面体型较为复杂，住宅层结构平面Y向一侧凹进的尺寸为10．8m，为Y向总尺寸的49．1％，大于30％，按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，属平面不规则类型。裙楼采用框架结构，框架抗震等级为四级。
3、上部结构抗震计算结果分析
3.1主要结构构件
剪力墙截面厚度同相邻砌体填充墙厚度：四周外墙肢肢厚240mm，内墙肢肢厚200mm；但无端柱的一字形短墙肢除外：底层肢厚300mm，其余肢厚240mm。剪力墙砼强度等级2层以下为C35，3层以上为C25梁、板的砼强度等级均为C25。主要连梁的尺寸多为240×500mm核心筒处楼板的厚度为200mm，顶层楼板厚度为120mm。
有别于肢长肢厚比不大于4．0的异形柱，短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要求控制在5—8范围内，一般剪力墙的肢长肢厚比均大于8。值得注意的是，对肢长肢厚比为4—5范围内的墙肢，目前规范尚无明确条文规定其构件类型，故设计时建议不要采用。
3.2计算结果分析
从构件力学特性上来说，短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5．0，更接近于剪力墙，故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。同时，对楼板SATWE可以考虑其弹性变形。虽然主楼结构平面较规则，立面也无刚度突变现象，但由于刚度较大的电梯井处筒体有点偏置，会产生扭转的影响，为了计算准确，地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5％偶然偏心的影响，取了9个振型计算。
3.2.1自振周期的控制
考虑扭转耦联时的自振周期(计算时自振周期折减系数取0．8)如表1所示。从表l可得，结构扭转为主的第一自振周期T3=0．7233s，平动为主的第一自振周期Tl=1．0532s，T3／T1=0．687<0．9，满足JGJ3—2010规定。
表1结构自振周期表
3.2.2结构位移的控制
最大层间位移角(应≤111000)、最大水平位移与层平均位移的比值(不宜大于1．2，不应大于1．5)及最大层间位移与平均层间位移的比值(不宜大于1．2，不应大于1．5)见表2，从中可以看出结从中可以看出结构在风荷载和地震作用下的位移均能很好地满足规范限值
表2 结构位移表
3.2.3短肢剪力墙与一般剪力墙刚度比的控制短肢剪力墙及一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩见表3。由表中数据可见本工程一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，满足规范要求。
表3 底部地震倾覆力矩
4、主要技术措施
短肢剪力墙结构中的短肢墙受力以承担竖向荷载为主, 承担水平荷载为辅。因此,当短肢剪力墙较多时,潜在的危险有两方面，一方面在剪力墙筒体出现问题以后，很弱的短肢剪力墙没有足够的延性和承载力，可能随之而破坏；另一方面是短肢剪力墙本身在弹塑性阶段抵抗竖向荷载的能力,如果短肢剪力墙失效，虽然结构仍然可以依靠其它剪力墙或井筒抵抗地震作用，但是承受竖向荷载的梁板将受到严重威胁,有时会发生“连续倒塌”。因此对短肢剪力墙结构较多的剪力墙结构在进行结构分析和截面设计时应采取比一般剪力墙结构更严的措施；
(1)应使短肢剪力墙具有足够的延性:抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用；各层短肢剪力墙在重力荷载代表作用下產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,其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。
(2)为避免短肢剪力墙过早剪坏，应按高规要求提高剪力增大系数，以提高抗剪能力，实现强剪弱弯的短肢墙。
(3)为提高短肢墙在竖向荷载下的承载力,应增大纵向钢筋的全截面配筋率,底部加强区不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。
(4)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，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。
(5)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。
(6)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，短肢墙之间的梁净跨不宜过小(一般取4~6m)，使其具有一定的耗能作用。
结束语
作为剪力墙结构体系的分支，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，因而在小高层住宅楼结构设计中已被广泛采用。设计短肢剪力墙结构时，应区别于一般剪力墙结构，多结合住宅特点。使结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部设计，从而做到结构设计安全、经济、适用。
参考文献：
【1】GB50011-2010，建筑抗震设计规范。北京：中国建筑工业出版社，2010．
【2】JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程。北京：中国建筑工业出版社，2011．
【3】高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE(墙元模型)[CP／DK]，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部．2003．
前 言
短肢剪力墙结构是剪力墙结构中的一种,多用于高层及小高层住宅建筑。短肢剪力墙结构的大多数墙肢相对较短,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。近年来,随着人们对住宅,平面与空间的要求越来越高,原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们的需求。在这样的情况下,由于钢筋混凝土短肢剪力墙结构具有墙肢可灵活布置,房间内无露梁露柱的现象,给建筑较大的灵活空间,剪力墙数量较少,减轻了自重,减小了水平地震作用,降低了钢筋混凝土的用量等优点,因此得到了广泛运用。
新的《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中规定:短肢剪力墙是指墙截面高度最大值与厚度之比大于4但不大于8的剪力墙结构,且墙后不小于300 mm。相比旧规范增加了厚度的限制。为此，本文将重点谈谈高层住宅中短肢剪力墙结构的设计应用。
1、工程概况
本工程为小高层住宅楼，总建筑面积约9890m2，房屋总高度32．8m。裙楼为外扩地下室，也作车库使用，平面尺寸为45．6m×18m，层高3．3m，顶板面比主楼1层楼面低1．5m。
本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0．059，设计地震分组为第一组。地面粗糙度为B类，基本风压值取0．35kN／m2，场地土类别为Ⅱ类，属抗震有利地段。
2上部结构体系
本工程的平面体型较为复杂，住宅层结构平面Y向一侧凹进的尺寸为10．8m，为Y向总尺寸的49．1％，大于30％，按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，属平面不规则类型。裙楼采用框架结构，框架抗震等级为四级。
3、上部结构抗震计算结果分析
3.1主要结构构件
剪力墙截面厚度同相邻砌体填充墙厚度：四周外墙肢肢厚240mm，内墙肢肢厚200mm；但无端柱的一字形短墙肢除外：底层肢厚300mm，其余肢厚240mm。剪力墙砼强度等级2层以下为C35，3层以上为C25梁、板的砼强度等级均为C25。主要连梁的尺寸多为240×500mm核心筒处楼板的厚度为200mm，顶层楼板厚度为120mm。
有别于肢长肢厚比不大于4．0的异形柱，短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要求控制在5—8范围内，一般剪力墙的肢长肢厚比均大于8。值得注意的是，对肢长肢厚比为4—5范围内的墙肢，目前规范尚无明确条文规定其构件类型，故设计时建议不要采用。
3.2计算结果分析
从构件力学特性上来说，短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5．0，更接近于剪力墙，故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。同时，对楼板SATWE可以考虑其弹性变形。虽然主楼结构平面较规则，立面也无刚度突变现象，但由于刚度较大的电梯井处筒体有点偏置，会产生扭转的影响，为了计算准确，地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5％偶然偏心的影响，取了9个振型计算。
3.2.1自振周期的控制
考虑扭转耦联时的自振周期(计算时自振周期折减系数取0．8)如表1所示。从表l可得，结构扭转为主的第一自振周期T3=0．7233s，平动为主的第一自振周期Tl=1．0532s，T3／T1=0．687<0．9，满足JGJ3—2010规定。
表1结构自振周期表
3.2.2结构位移的控制
最大层间位移角(应≤111000)、最大水平位移与层平均位移的比值(不宜大于1．2，不应大于1．5)及最大层间位移与平均层间位移的比值(不宜大于1．2，不应大于1．5)见表2，从中可以看出结从中可以看出结构在风荷载和地震作用下的位移均能很好地满足规范限值
表2 结构位移表
3.2.3短肢剪力墙与一般剪力墙刚度比的控制短肢剪力墙及一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩见表3。由表中数据可见本工程一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，满足规范要求。
表3 底部地震倾覆力矩
4、主要技术措施
短肢剪力墙结构中的短肢墙受力以承担竖向荷载为主, 承担水平荷载为辅。因此,当短肢剪力墙较多时,潜在的危险有两方面，一方面在剪力墙筒体出现问题以后，很弱的短肢剪力墙没有足够的延性和承载力，可能随之而破坏；另一方面是短肢剪力墙本身在弹塑性阶段抵抗竖向荷载的能力,如果短肢剪力墙失效，虽然结构仍然可以依靠其它剪力墙或井筒抵抗地震作用，但是承受竖向荷载的梁板将受到严重威胁,有时会发生“连续倒塌”。因此对短肢剪力墙结构较多的剪力墙结构在进行结构分析和截面设计时应采取比一般剪力墙结构更严的措施；
(1)应使短肢剪力墙具有足够的延性:抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用；各层短肢剪力墙在重力荷载代表作用下產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,其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。
(2)为避免短肢剪力墙过早剪坏，应按高规要求提高剪力增大系数，以提高抗剪能力，实现强剪弱弯的短肢墙。
(3)为提高短肢墙在竖向荷载下的承载力,应增大纵向钢筋的全截面配筋率,底部加强区不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。
(4)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，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。
(5)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。
(6)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，短肢墙之间的梁净跨不宜过小(一般取4~6m)，使其具有一定的耗能作用。
结束语
作为剪力墙结构体系的分支，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，因而在小高层住宅楼结构设计中已被广泛采用。设计短肢剪力墙结构时，应区别于一般剪力墙结构，多结合住宅特点。使结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部设计，从而做到结构设计安全、经济、适用。
参考文献：
【1】GB50011-2010，建筑抗震设计规范。北京：中国建筑工业出版社，2010．
【2】JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程。北京：中国建筑工业出版社，2011．
【3】高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE(墙元模型)[CP／DK]，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部．2003．