淺析高層住宅建筑中中短肢剪力墻結構的延性設計

李寧

黑龍江中古建筑節能科技股份有限公司

淺析高層住宅建筑中中短肢剪力墻結構的延性設計

李寧

黑龍江中古建筑節能科技股份有限公司

本篇文章主要針對中短肢剪力墻結構自身所具有的特性、中短肢剪力墻結構等多個方面進行了全面詳細的探討，尤其是對于其中的剪力墻結構延性設計進行了探討，以期為我國實高層建筑住宅的結構設計發展作出貢獻。

中短肢剪力墻；小高層住宅；設計

1、前言

近幾年來，在經濟水平不斷提升，人們對于建筑住宅的質量要求越來越高，尤其是對于高層住宅的平面和空間所提出的要求，以往傳統的普通框架愛結構隨著需求的改變，已經無法滿足人們的需求。在這樣的情況下，具有更加靈活性，并且不存在露梁柱現象的鋼筋混凝土中短肢剪力墻結構得到了極大的推廣應用。下文主要針對高層住宅建筑中中短肢剪力墻結構的延性設計進行了全面詳細的探討。

2、中短肢剪力墻結構體系的特點

(1)結合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構件，基本上不與建筑使用功能發生矛盾。

(2)墻的數量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調整剛度中心的位置。

(3)在結構布置方面靈活性及可調整性大，可選擇的方案較多，較易處理樓蓋的支承。

(4)連接各墻的梁，隨墻肢位置而設于間隔墻豎平面內，可隱蔽。

(5)根據建筑平面的抗側剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側力構件，較易滿足剛度和強度要求。

3、中短肢剪力墻結構布置

(1)中短肢墻的數量應當適中，避免結構太剛或太柔，滿足豎向荷載和抗側力需要即可。

(2)中短肢剪力墻的縱橫應盡量均勻分布，其軸向應力不應相差懸殊。

(3)中短肢剪力墻肢間距不宜過大，在平面外邊緣及角點處，特別是外凸部分，布置必要的中短肢墻，既有利于梁的支撐，又可以分散荷載，以加強其整體性和滿足平面剛性的要求。

(4)每道中短肢墻宜與兩個方向的梁連結，連梁盡可能布置在墻肢的豎平面內；連梁寬度一般宜與墻肢厚度相等；墻肢不宜過厚，以采用200 mm、250mm或300mm為宜；可以混合布置部分較長的墻或矩形柱。

4、中短肢剪力墻結構的計算分析

對中短肢剪力墻結構的設計計算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結構分析相同，可采用三維桿——系簿壁柱空間分析方法(TBSA、TAT)或空間桿——墻組元分析方法(TBSSAP、SATWE)。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況，精度較高。目前國內大多采用中國建研院系列軟件中的TAT和SATWE來計算。

4.1 TAT

TAT軟件在實際執行的過程中，主要是利用三維空間模型的形式，來針對剪力墻之中所應用的薄壁柱單元存在原理進行了計算，同時還對于梁柱之中所存在的空間桿系原理進行了全面詳細的計算。在實際利用TAT進行計算的過程中，為了能夠使得結構的受力延性更加的科學合理，就必須要針對結構各個方面進行全方位的簡化；通常情況下，在對多肢剪力墻進行延性計算的過程中，一般都是直接使用剪力墻開洞的措施來進行處理，并且保持上下不同部位的整齊性，最大限度的避免出現偏心的狀態。當剪力墻本身在進行開動處理之后，其洞口上下兩個不同的余下部分，可以直接是用TAT的梁單元來進行延性的模擬計算。從本質上來說，開洞處理的主要目的，便是為了能夠使得薄壁柱的計算模型能夠更加符合需要，并且讓簡化處理之后的剪力墻受力更加的簡單、明確。TAT之中樓板主要是利用剛性樓板在進行假定設計，也就是假定平面內部剛度無限大，而外部剛度為零的計算模式。在這一假定模式之下，規則的樓板結構在進行計算之后，所可能產生的誤差數值極低。

4.2 SATWE

SATWE軟件的主要作用便是為高層建筑進行結構有限元分析過程中所使用的關鍵性材料，能夠直接使用在對于各種不同的高層建筑混凝土結構進行體系計算的工作上。SATWE在實際運行的過程中，主要是以殼理論來作為構造基礎，通過構造基礎之中所涉及到的超單元墻元來作為剪力墻的模擬數據，其測算出的結果不但包含有相應的平面外剛度，還同樣包含了平面數據所涉及到的內剛度，同時，還能夠較為良好的針對剪力墻實際受力狀態進行模擬。通常情況下，每一個墻元之中都存在著6個自由度，這6個自由度能夠直接和各個不同的空間量柱單元進行相應的結合，在過程中不需要進行任何的約束條件附加。SATWE自身直接賦予了樓板4種簡化假定模式，也就是假定樓板的整體平面在計算的過程中，分塊無限剛、平面內無限剛、彈性樓板、分塊無限剛帶彈性連接這四個方面。

5、中短肢剪力墻延性設計應注意的問題

(1)嚴格對中短肢墻體的軸壓比進行適當的控制，特別是端柱、無翼緣等部分的中短肢剪力墻結構。就目前來說，國內外在針對這方面進行研究的過程中，其結果都證明了，在具有承受壓彎作用的建立墻體之中，如果說墻體在這一過程中出現了小偏壓狀態，那么墻體在這一過程中所呈現出來的延性也就無法滿足各個方面的需求。此外，即便是墻體自身處在一個大偏壓的狀態下，如果說其中短肢墻體結構本身的軸壓比過大，那么混凝土受壓區域的邊緣在這期間所承受的應力程度也就遠遠超出了正常數值，并且混凝土本身沒有被任何約束或者說所施加的約束力不夠充足，那么混凝土之前在施工過程中所達到的極限壓，便會在這一過程中出現應變，極易導致墻體之上出現大量的豎向裂縫，嚴重情況下甚至下會導致墻體下出現壓碎現象，直接導致墻體構件本身在這一過程中喪失了變形的允許范圍以及較高的承載行行能。所以，在這一環節進行設計的過程中，務必要針對中短肢體墻的軸壓比進行全面的控制，以此來使得墻體自身所呈現出來的延性具有較高的保障。

(2)利用現代化的計算機三維計算實措施，來對中中短肢剪力墻結構所具有的動力特性以及桿件內力來進行全方位的計算。并且是對于具有薄壁桿模型以及墻元模型的豎向構件進行計算的過程中，必須要將兩種不同的模型形式進行組合，才能夠使得計算的結果更加的精確，從本質上來說，薄壁桿模型精度低，墻元模型精度高，兩者相結合之后才能夠保證精度完全符合需求。

(3)由于中短肢剪力墻結構相對于普通剪力墻結構其抗側剛度相對較小，設計時宜布置適當數量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內筒，以避免設防烈度下結構產生大的變形，同時也形成兩道抗震設防。

6、結語

綜上所述，在我國高層建筑的中短肢剪力墻結構進行設計的過程中，務必要從布置、計算、構造等幾個方面進行設計探討，尤其是要注意涉及到延性方面的設計。就目前高層住宅建設過程中的各方面情況來看，人們對于住宅結構的應用功能要求在持續不斷的提升，尤其是涉及到結構性能方面，因此，現代高層建筑在進行中短肢剪力墻結構進行設計的過程中，務必要充分的掌握到中中短肢剪力墻結構自身各個方面的特性以及機理狀態，最大限度的保證結構設計能夠完全滿足布置形式的需求，這對于我國當前的高層住宅建筑結構的發展來說，起到了極其重要的作用。

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[2]JGJ5-2002.高層建筑混凝土結構技術規程[S]

[3]于群.小高層住宅中中短肢剪力墻結構的設計應用[J].中國科技信息，2005.(19A)