論短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在小高層建筑中的設(shè)計與應(yīng)用

鄧志勇 王曉瑜

摘要：隨著社會的發(fā)展，越來越多的住宅小區(qū)出現(xiàn)，人們對高層住宅平面與空間的要求也越來越高，原來普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在原有剪力墻的基礎(chǔ)上，吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點，受到了建筑師的肯定，更得到了住戶與房開商的歡迎，逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式，在現(xiàn)代住宅建筑應(yīng)用中起到重要作用。本文結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗，詳細(xì)探討了小高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：短肢剪力墻 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 小高層 靈活

1、布置原則

在小高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該按照相關(guān)的位置需要來對墻肢進行布置，這樣不僅可以滿足抗震的要求，還可以使得結(jié)構(gòu)發(fā)揮出最大的優(yōu)勢。進行短肢剪力墻布置的時候，應(yīng)注意使結(jié)構(gòu)的剛度適宜，傳力路徑明確，結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)較早地介入建筑專業(yè)的方案設(shè)計，使結(jié)構(gòu)布置既能滿足建筑功能的要求，又能做到經(jīng)濟合理，短肢剪力墻總的布置原則是：均勻、分散、對稱、周邊，布置時主要應(yīng)遵守以下幾個原則：

1.1高層建筑不應(yīng)全部是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，若短肢剪力墻較多，可在豎向交通中心區(qū)布置筒體或一般剪力墻來共同抵抗水平力。

1.2短肢剪力墻應(yīng)布置在房間分隔墻的交點處且豎向荷載較大處，但不必在每個墻交接處設(shè)短肢墻。滿足豎向荷載和抗側(cè)力的需要既可。

1.3短肢墻的數(shù)量和長短可根據(jù)結(jié)構(gòu)受力的需要來確定。可由基本自振周期來判斷剪力墻布置是否合理。

1.4短肢墻應(yīng)盡量對齊、拉直，以便和連梁構(gòu)成抗側(cè)力片。

1.5在外凸部分，平面外邊緣和角點處，容易產(chǎn)生大的應(yīng)力集中，應(yīng)設(shè)短肢墻以滿足平面剛性和抗扭的要求。

1.6采用普通樓板時，短肢剪力墻的間距不應(yīng)過大，以防止樓板在自身平面內(nèi)變形過大，否則應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力樓板。在平面外邊緣及角點處，特別是外凸部分，布置必要的短肢墻，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。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1短肢剪力墻設(shè)計

在對短肢剪力墻進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要包括對墻肢和連梁的設(shè)計。對于墻肢的截面設(shè)計來說，在設(shè)計前要進行受剪、受彎的試驗與計算，還要對正截面偏心受拉與偏心受壓進行計算，同時要對集中荷載作用下的局部受壓承載力進行計算。要以能滿足最小配筋率的要求為前提，確定能達到墻肢端部受力鋼筋的要求，要通過截面抗剪計算墻肢水平方向分布鋼筋。

在小高層結(jié)構(gòu)中，連梁的設(shè)計對短肢剪力墻在力學(xué)方面的性能有很大的影響。主要是因為各墻肢是在連梁的連接下共同工作的，連梁不僅對抗震性有很大的影響，對墻肢的約束也有很大影響。如果梁的跨高比小于5，就應(yīng)該按照連梁進行具體設(shè)計；如果高于5，那就要按照框架梁進行具體的計算。在設(shè)計的過程中最應(yīng)該注意的就是要避免在彎曲破壞發(fā)生前發(fā)生連梁剪切破壞，應(yīng)該按照斜截面受剪計算，以確保可以做到強剪弱彎。如果在進行內(nèi)力計算的時候，已經(jīng)對連梁的剛度進行了折減，這樣調(diào)幅的范圍就應(yīng)該受到一定的限制，或者不在對其進行調(diào)幅，這樣可以有效的避免在使用過程中發(fā)生問題。如果對部分連梁的設(shè)計值進行降低，那就要對于其余部位的設(shè)計值進行適當(dāng)?shù)奶岣摺＿B梁的設(shè)計還可以運用菱形配筋，或者是在連梁中加設(shè)斜向型鋼與設(shè)置斜向交叉暗柱，采用這些方法可以有效的將連梁的延展性提高。

2.2 配筋構(gòu)造

在進行短肢剪力墻設(shè)計時，對于配筋的要求，除了要按照結(jié)構(gòu)計算的結(jié)構(gòu)進行配置，還要按照設(shè)計的構(gòu)造來配置鋼筋。介于普通剪力墻與異形框架柱之間的就是短肢剪力墻的側(cè)向剛度。與普通剪力墻和異形框架柱的結(jié)構(gòu)一樣，在對短肢剪力墻進行設(shè)計的時候，要加強對邊緣構(gòu)件的配筋要求。在振動臺進行地震模擬實驗后，相關(guān)實驗結(jié)果表明，短肢剪力墻中結(jié)構(gòu)抗震相對較薄弱的環(huán)節(jié)主要是連梁、外圍底部小墻肢、角點處墻肢以及平面外邊緣。對于這些相對較薄弱的環(huán)節(jié)，更要加強抗震構(gòu)造設(shè)計。

3、設(shè)計中的相關(guān)問題

3.1要對短肢墻的軸壓比進行嚴(yán)格的控制，主要是端柱或者無翼緣的一字型短肢剪力墻，根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求來看，其內(nèi)容也突出強調(diào)了這一點。國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)的研究結(jié)果表明，剪力墻中承受壓力彎力的時候，如果在小偏壓的狀態(tài)，那么墻的延展性就會相對較差。即便是在大偏壓的狀態(tài)下，如果軸壓較大，混凝土邊緣應(yīng)力也較高，這樣就會使混凝土的約束不夠甚至沒有約束，從而會使混凝土最先出現(xiàn)極限壓應(yīng)變，使構(gòu)件喪失承載能力和變形能力。

3.2 在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系中最薄弱的環(huán)節(jié)出現(xiàn)在抗震性方面，主要是在建筑的邊緣和其角點處的墻肢，尤其是針對一字型的剪力墻，最先出現(xiàn)破壞的問題。在設(shè)計的過程中，首先要加強的是針對以上出現(xiàn)問題的部位，加強相關(guān)的抗震性能設(shè)計。

3.3 要按照相關(guān)的規(guī)定要求來制定短肢剪力墻的抗震等級，方便對配筋的提高，還要對短肢剪力墻進行周期性的折減，加強地震的抵抗能力，保證安全性。

3.4 要對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的屬性準(zhǔn)確的進行判定。在設(shè)計跨高比的時候，最合理的方法就是將各個梁規(guī)范的分類然后分別進行設(shè)計。這樣做可以使設(shè)計更加的滿足要求，也可以使安全性得到有效的保障。

3.5 對于短肢墻的截面設(shè)計來說，最好不要采用一字形的形式，適合采用十字形、T形、L形等，外墻的轉(zhuǎn)角處更不能使用一字形，最好能夠保證在同一構(gòu)件方向上的墻肢厚度最大程度的相等，嚴(yán)格的按照現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)定進行設(shè)計，從而保證梁和墻的有效斷面。

3.6 不適合將短肢墻的結(jié)構(gòu)做的太高，短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)體系主要是針對二十到三十層的住宅樓設(shè)計的，其中的環(huán)抱狀布置可以使結(jié)構(gòu)保持基本的對稱要求，每層一般情況下是六到八戶，在用地受到限制的時候，每層是三到四戶。

3.7 在進行桿件內(nèi)力計算和結(jié)構(gòu)動力特性分析的時候，最好采取三維的計算方法來進行相關(guān)的計算。這時候的豎向構(gòu)件不僅包括墻元模型還包括薄壁桿模型，前后兩者有著很大的差距，前者是一種高精度的力學(xué)模型，精度很高，后者主要是一個簡化模型，它的精度相對前者來說較低。

4、經(jīng)濟性與適用性

為了可以達到工程實際情況的具體要求，如果對混凝土體積與混凝土成本的關(guān)系做以及鋼筋的體積和成本成正比關(guān)系的假設(shè)。從工程總價上分析，暫時不將樓板與模板對工程的影響因素考慮進來，通過相關(guān)的數(shù)據(jù)調(diào)查研究表明，短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)方式在成本上比一般的剪力墻結(jié)構(gòu)要節(jié)省將近百分之二十的成本，這樣可以使材料的性能得到充分的發(fā)揮。同時經(jīng)過實際的使用也證明了短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)在小高層中的運用是成功的，在適用性方面有著很強的優(yōu)勢，不僅如此，也很好的解決了小高層中剪力墻結(jié)構(gòu)方面的問題。由此可見，無論是其經(jīng)濟性還是適用性，都比普通的剪力墻結(jié)構(gòu)強很多。

5、結(jié)束語

總而言之，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)，具有較強的實用性，是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上，吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，具有高抗震性、靈活性等優(yōu)點，逐步發(fā)展形成的能適應(yīng)人們新的住宅觀念的結(jié)構(gòu)型式。在進行設(shè)計的時候，要和一般的剪力墻結(jié)構(gòu)進行區(qū)別，廣泛結(jié)合各個小高層住宅的特點進行設(shè)計。在設(shè)計的過程中，盡可能運用一些技巧，對可能出現(xiàn)的問題提出較好的解決方案，掌握好設(shè)計的規(guī)范與要求，才能設(shè)計出更加安全同時又更加經(jīng)濟適用的住房。

參考文獻

[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3一2002） 中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010） 中國建筑工業(yè)出版社，2011.