高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

1、<p>　　高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析</p><p>　　摘要：在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，合理的剪力墻布置以及采用合理的計(jì)算模型都至關(guān)重要，既要滿足建筑的需要，又要保證結(jié)構(gòu)的安全。本文作者結(jié)合多年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，具有重要的參考意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑 剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：

2、TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　目前我國(guó)城市土地供應(yīng)緊張與住宅市場(chǎng)需求旺盛的矛盾日漸突出，城市轉(zhuǎn)而向高度要空間的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，高層剪力墻結(jié)構(gòu)體系在住宅市場(chǎng)也隨之大量應(yīng)用。因而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響千家萬(wàn)戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，反復(fù)驗(yàn)算，使剪力墻結(jié)構(gòu)滿足使用

3、的需要并且有優(yōu)良的抗震性能，并在以上前提下優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到合理的工程造價(jià)。 </p><p>　　一、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì) </p><p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為彎曲型。剪力墻結(jié)構(gòu)承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點(diǎn)是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒(méi)有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置。在水平地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為

4、整體彎曲變形，底部外圍的小墻肢承由于豎向荷載較大，破壞嚴(yán)重，特別是一字形小墻肢的破壞最為嚴(yán)重?？稍黾咏ㄖ镏苓厜χL(zhǎng)度或連梁高度來(lái)消除扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，從而使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度明顯增大。為了提高墻肢的承載力和延性，還需加強(qiáng)邊緣構(gòu)件配筋，增大這些部位墻肢縱筋和箍筋的配筋率，嚴(yán)格控制軸壓比。 </p><p>　　二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化 </p><p>　　1、在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻宜沿主軸方向

5、布置，形成空間結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免僅單向布置剪力墻，并宜使兩個(gè)受力方向的抗側(cè)剛度接近，以使其具有較好的空間工作性能。剪力墻的抗側(cè)剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，使其結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。 </p><p>　　2、剪力墻墻肢截面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，剪力墻的豎向剛度應(yīng)均勻，剪力墻的門(mén)窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，應(yīng)力

6、分布比較規(guī)則，又與當(dāng)前普遍應(yīng)用的計(jì)算簡(jiǎn)圖較為符合，設(shè)計(jì)結(jié)果安全可靠。宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設(shè)置，當(dāng)剪力墻的洞口布置出現(xiàn)錯(cuò)洞、疊合錯(cuò)洞時(shí)，墻內(nèi)配筋應(yīng)構(gòu)成框架形式。 </p><p>　　3、較長(zhǎng)的剪力墻宜開(kāi)設(shè)洞口，將其分成長(zhǎng)度較均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與其截面高度之比不應(yīng)小于2，以避免剪力墻產(chǎn)生脆性的剪切破壞?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免在洞口與墻邊或在兩個(gè)洞口之間形成墻肢截

7、面高度與厚度之比小于4的小墻肢。當(dāng)小墻肢截面的高度小于墻厚的4倍時(shí)，應(yīng)按框架柱設(shè)計(jì)，箍筋按框架柱加密區(qū)要求全高加密。 </p><p>　　4、剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)剛度及承重力大，而平面外剛度及承載力都相對(duì)很小，應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩，保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。當(dāng)剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時(shí)，應(yīng)采取足夠的措施減少梁端部彎矩對(duì)墻的不利影響。 </p><p>　　5、剪力墻布置對(duì)

8、結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度有很大影響，剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變；允許沿高度改變墻厚和混凝土強(qiáng)度等級(jí)，或減少部分墻肢，使側(cè)向高度沿高度逐漸減小。剪力墻沿高度不連續(xù)，將造成結(jié)構(gòu)沿高度剛度突變，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。 </p><p>　　6、在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，在滿足最大層間位移、周期比、位移比的各項(xiàng)指標(biāo)確定每層剪力墻的厚度時(shí)，同時(shí)考慮不同抗震等級(jí)軸壓比的影響及穩(wěn)定性和相關(guān)構(gòu)造要求。對(duì)于普通的住宅建筑在7

9、度和8度地區(qū)，墻厚大多數(shù)情況下是按穩(wěn)定和構(gòu)造要求所控制的。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.2條和8.2.2條確定的剪力墻允許高厚比見(jiàn)表1。 </p><p>　　注：H為層高或剪力墻無(wú)支長(zhǎng)度的較小值 </p><p>　　三、 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的優(yōu)化 </p><p>　　在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理，如剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度不宜過(guò)

10、大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標(biāo)。 </p><p>　　1、樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過(guò)40%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，以大開(kāi)間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近（不小于）規(guī)范限值。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入，同時(shí)降低工

11、程造價(jià)。 </p><p>　　2、剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固。邊緣構(gòu)件本身是剪力墻的一部分，不能套用一般的梁與柱連接的做法，因?yàn)樗c剪力墻墻身之間的連接是相同構(gòu)件之間的連接。剪力墻的水平布筋是按整片墻肢的配置來(lái)抵抗水平地震作用產(chǎn)生的剪力的，用剪力墻邊緣構(gòu)件中的箍筋來(lái)改善混凝土的受壓性能，約束混凝士，使剪力墻在地震作用下具有較好的耗能和延性能力?？梢詫⑺椒植冀钛由熘翂χ瞬?，并垂直彎折15d。 <

12、/p><p>　　3、連梁的配筋。剪力墻的連梁是耗能構(gòu)件，它的剪切破壞對(duì)抗震不利，會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低。設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算，保證連梁的剪切破壞后于彎曲破壞。切忌人為加大連梁的縱筋，如此，可能無(wú)法滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求。不能認(rèn)為加大箍筋就能保證“強(qiáng)剪弱彎”。當(dāng)連梁不滿足截面控制條件時(shí)，如果盲目增加箍筋，會(huì)導(dǎo)致連梁發(fā)生剪切破壞先于箍筋充分發(fā)揮作用。連梁截面的抗剪計(jì)算，對(duì)于跨高比大于2.5的連梁，其剪力

13、設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)ηvb：一級(jí)取1.3，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1。剪力墻連梁的截面尚應(yīng)滿足以下要求： </p><p>　　跨高比大于2.5時(shí):v≤(0.2βcfcbbhbc)/rRE </p><p>　　跨高比不大于2.5時(shí)：v≤(0.15βcfcbbhbc)/rRE </p><p>　　式中：v為梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值：βc一混凝士強(qiáng)度影響系數(shù)，《高規(guī)

14、》(JGJ3—2010)第6.2.6條的規(guī)定采用。 </p><p>　　4、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調(diào)整原則。震害表明，平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心、抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在震中破壞嚴(yán)重。在設(shè)計(jì)時(shí)，要保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱：首先要限制結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的計(jì)算應(yīng)考慮偶然偏心的影響；其次是限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱，具體表現(xiàn)在Tt

15、/T1指標(biāo)上。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿周邊布置，以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和抗扭剛度。若在結(jié)構(gòu)的形心附近加大豎向構(gòu)件剛度，則只是對(duì)側(cè)向剛度的貢獻(xiàn)大，對(duì)抗扭剛度來(lái)說(shuō)，貢獻(xiàn)甚微。 </p><p>　　5、計(jì)算結(jié)果的分析、判斷 </p><p>　　應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)不規(guī)則和復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體內(nèi)力和位移分析，確定其可靠、合理之后，才可在工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用。分

16、析時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：非耦聯(lián)計(jì)算地震作用時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)自振周期一般在(0．04～O．08)n范圍內(nèi)(其中n為結(jié)構(gòu)計(jì)算總層數(shù))；振型曲線光滑連續(xù)，零點(diǎn)位置符合一般規(guī)律；耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，扭轉(zhuǎn)為主的周期應(yīng)不大于平動(dòng)為主的周期的0.9或0.85倍。結(jié)構(gòu)布置較正常的剪力墻結(jié)構(gòu)，底部總剪力值應(yīng)大致在v0=aG的范圍內(nèi)(其中a為合適范圍系數(shù)，G為結(jié)構(gòu)總重)。對(duì)于8度設(shè)防抗震區(qū)的剪力墻結(jié)構(gòu)，合適范圍系數(shù)一般為：Ⅱ類土a：(4～8)％；Ⅲ類土a=(6～9)％。

17、對(duì)稱結(jié)構(gòu)在對(duì)稱外力作用下，其對(duì)稱點(diǎn)的內(nèi)力與位移也應(yīng)是對(duì)稱的。豎向剛度、質(zhì)量變化較均勻的結(jié)構(gòu)，在較均勻外力作用下，其內(nèi)力及位移等計(jì)算結(jié)果自上而下不應(yīng)有大的突變。 </p><p><b>　　四 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　總之，高層住宅結(jié)構(gòu)如何把握好合理性與經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，合理把握關(guān)鍵部位和次要構(gòu)件，使計(jì)算結(jié)果能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的受力特性。確

18、保建筑物整體的安全性和經(jīng)濟(jì)性，這是設(shè)計(jì)者在工作中需要不斷改進(jìn)和提高的地方。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]陳學(xué)欣.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析[J].四川建材,2009(3) </p><p>　　[2]董海棉.高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].甘肅科技,2009(10) </p><