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住宅建筑短肢剪力墙结构的应用

发布时间:2020-08-19 08:31:36 点击量:

  住宅建筑短肢剪力墙结构的应用

  沈旭凯

  沈旭凯

  大象建筑设计有限公司 浙江杭州 310012

  摘要:现代住宅设计要求开间大,平面及房间布局灵活、方便,而且室内不能见柱楞、不露梁等。在现行的国家规范或设计规程中还没有给出有关短肢剪力墙结构设计具体的标准,因此,工程设计人员在设计中常常无标准可循,这就需要设计人员拥有长期的经验积累,利用正确的经验进行设计。

  关键词:短肢;剪力墙;结构设计
 

剪力墙结构


  一、引言

  近年来,随着人们对住宅,特别是小高层及多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对住宅空间的要求。“短肢剪力墙结构”这种新的高层住宅结构体系由于克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点,有利于住宅建筑布置,结合住宅建筑平面开问小、进深小及层高低的特点,又可进一步减轻结构自重,逐渐得到了推广应用,并广泛受到建筑师和业主的欢迎。

  二、短肢剪力墙设计要求

  短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为4~8的剪力墙,一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。当截面高度与厚度之比小于3时,应按柱计算(当形成异型柱时,则应按异型柱的要求设计,但高层建筑中不允许采用异型柱框架结构),至于剪力墙高度与厚度之比大于3、又小于4的剪力墙,实际上也是短肢剪力墙,由于它们更弱,可以提出不宜采用小于4的墙肢,对这种小墙肢的轴压比应修予更严格的限制,因此即使采用短肢剪力墙,也要尽可能使墙肢截面高度与厚度之比大于4。

  三、短肢剪力墙结构布置

  1、短肢墙的数量应当适中,避免结构太刚或太柔,满足竖向荷载和抗侧力需要即可。

  2、短肢剪力墙的纵横应尽量均匀分布,其轴向应力不应相差悬殊。

  3、短肢剪力墙肢间距不宜过大,在平面外边缘及角点处,特别是外凸部分,布置必要的短肢墙,既有利于梁的支撑,又可以分散荷载,以加强其整体性和满足平面刚性的要求。

  4、各短肢剪力墙应尽量对齐并拉直,与连梁一起构成成片的联肢墙抗侧力结构。

  5、每道短肢墙宜与两个方向的梁连结,连梁尽可能布置在墙肢的竖平面内;连梁宽度一般宜与墙肢厚度相等;墙肢不宜过厚,以采用200 mm、250 mm或300 mm为宜;可以混合布置部分较长的墙或矩形柱。

  6、小高层建筑外围部分的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置,设置适量的钢筋混凝土短肢剪力墙,在各短肢剪力墙的墙肢间布置连系梁,把这些短肢墙以及核心筒连成一个整体,构成整幢建筑的结构体系。

  四、结构布置中需注意的问题

  短肢剪力墙结构抗震性能较差,故应加强抗震薄弱环节,注重概念设计,满足高规要求。

  1、短肢剪力墙应均匀布置,使墙的轴向应力差别不宜过大。竖向布置短肢剪力墙,尽可能做到墙肢上、下对齐、连续,尽量避免洞口错位,与连梁一起构成连续跨数较多的抗侧力体系。

  2、每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与之相连接,连梁尽可能布置在墙肢的竖向平面内。短肢剪力墙应该尽量在另一方向上设置翼缘,尽可能避免有一字形短肢剪力墙出现。结构布置上考虑纵横墙的共同作用。

  3、短肢剪力墙应设计成强墙柱弱连梁的体系。所谓强墙柱,是指墙柱可采用强度等级高的混凝土,加强墙柱配筋:尽可能减少连梁高度,使分配的地震力不至于太大,也使短肢剪力墙体系计算更合理。

  4、抗震设计时,高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙;B级高度高层建筑及9度抗震设计的A级高度高层建筑,不宜布置短肢剪力墙,不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。当采用具有校多短肢剪力墙的剪力墙结构时,应符合下列规定:1在规定的水平地震作用下,短肢墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%。2房屋适用高度应比高规表中剪力墙结构的最大适用高度适当降低,7度、8度(0.2g)和8度(0.3g)时分别不应大于100m、80m和60m。

  五、短肢剪力墙结构的计算分析

  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(TBSA、TAT)或空间杆——墙组元分析方法(TBSSAP、SATWE)。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。目前国内大多采用中国建研院系列软件中的TAT和SATWE来计算。

  1、TAT

  TAT软件采用的是三维空间模型,对剪力墙采用薄壁柱单元计算原理,对梁柱采用空间杆系计算原理。在TAT计算中,为了使结构受力更合理,应对结构进行计算简化;对多肢剪力墙计算最常用的手段是按剪力墙开洞的办法进行,开洞应上下对齐,减少上下偏心。剪力墙开洞后,洞口上下剩余部分TAT用梁单元来模拟。开洞主要是为了把剪力墙简化为符合薄壁柱的计算模型,同时使简化后的剪力墙的受力更为明确。TAT中楼板采用刚性楼板假定,即平面内刚度无限大,平面外刚度为零。此假定对规则结构即楼板无大开洞且板厚不大的常规结构计算误差很小。

  2、SATWE

  SATWE是专门为多高层建筑结构分析而研发的空间组合结构有限元分析软件,适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土结构体系计算。SATWE是以壳元理论为基础构造一通用的超单元墙元为模拟剪力墙,它不仅具有平面内刚度,也具有平面外刚度,可以较好地模拟剪力墙的受力状态。而且墙元的每个节点都具有空间6个自由度,可方便地与任意空间梁柱单元连接,无需任何附加约束。SATWE给楼板4种简化假定,即假定楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。

  六、短肢剪力墙结构的质量控制

  墙身超厚主要是因为模板就位调整不认真,穿墙螺杆没有全部穿齐、拧紧,模板斜撑加固不到位等造成的;混凝土墙体表面粘结是因模板清理不好,模板剂涂刷不匀、漏刷,以及拆模过早等造成的;漏浆的产生主要是因为模板拼装时缝隙过大,固定措施不牢固,有时也与混凝土坍落度有关;墙体烂根现象近年来有所减少,可能与重视程度有关,原因主要还是模板下口缝堵不严、固定不牢,施工缝处理不好、夹有杂物,浇筑混凝土时未按要求先浇一层10-100mm厚与墙体混凝土同等级的减石砂浆等;门窗洞口混凝土变形的主要原因是侧模板的组装与大模板的固定不牢固,混凝土浇捣时洞口两侧混凝土未做到对称、均匀浇筑、振捣,造成混凝土冲击洞口模板。

  七、总结

  高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。设计时应注意:短肢剪力墙较多时,应布置筒体(或一般剪力墙),形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构;其次,具有较短肢剪力墙的墙的剪力墙结构最大适用高度应比规范中剪力墙结构的规定值适当降低,7度、8度(0.2g)和8度(0.3g)抗震设计时分别不应大于100m、80m和60m;第三,对于B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑,即使设置筒体,也不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构;第四,如果在剪力墙结构中,只有个别小墙肢,不属于这种短肢剪力墙与筒体共同工作的剪力墙结构。

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