本站原创【摘 要】小高层建筑一般指10层～13层住宅,在我国发展迅速,既解决了住宅需求,又缓解了土地供应紧张.当前,剪力墙结构被广泛应用在小高层建筑设计中,正确判断和合理设计剪力墙结构,已成为备受关注的重点问题.本文通过分析小高层剪力墙结构建筑的结构体系,针对其优化设计方法进行探讨,以期通过本文的阐述促进小高层剪力墙设计技术的进一步提升,使短肢剪力墙结构也将得到更加良好的发展.
【关键字】小高层；剪力墙；建筑结构；结构设计
1小高层剪力墙结构建筑的结构体系
随着社会的发展,经济水平的提高,住房条件的改善,逐渐兴起许多小高层住宅的建设,其中有大量11层、12层的小高层住宅,短肢剪力墙正广泛应用于小高层住宅建筑中.
钢筋混凝土短肢剪力墙是剪力墙体系中的一种,是指肢长和厚度比在5～8之间的剪力墙,通常采用T形、L形、Z形等形式,偶尔也采用十形和一形.短肢剪力墙结构既保留了异形柱不凸出墙面的优点,又克服了异形柱框架抗震性能不理想等缺点.
短肢剪力墙可结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本不与建筑使用功能发生矛盾；墙的数量可多可少,肢可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置；能灵活布置,可选择的方案较多,较易处理楼盖的支承；连结各墙的梁,亦随墙肢位置而位于间隔墙竖平面内,属于隐蔽型；视建筑平面及抗侧力的需要,把中心竖向交通区处理成简体或短肢剪力墙；短肢剪力墙的短墙肢虽然同异形柱框经结构体系的异形柱一样截面抗扭不利,但由于其墙肢较长,受力接近剪力墙的墙肢,结构体系趋于合理.
2小高层剪力墙结构建筑的优化设计
2.1剪力墙墙肢截面厚度和配筋
高规(JGJ3―2010)第7.2.2条第1～3款规定了剪力墙的最小厚度,其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能.对短肢剪力墙结构,高规(JGJ3―2002)规定其抗震等级应比表4.8.2规定的抗震等级提高一级采用,故除6度区外,短肢剪力墙的抗震等级至少为二级.对于住宅建筑,填充墙厚一股为200mm,相应剪力墙厚也取为200mm.住宅层高一般为2.8～3.Om,故二层楼面以上墙厚亦取200mm,除底部加强区的一字形短肢剪力墙外,均能满足规范要求.对于小高层住宅来说,剪力墙是量大面广的构件形式,因此合理的控制剪力墙的配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用.如若剪力墙布置规则合理,墙体配筋多以构造控制,在满足结构整体计算的前提下适当减小墙厚,可以减少用钢量.一般情况下加强区Φ10@200,非加强区西Φ8@200双层向即可,双排钢筋之问采用Φ6@600×600拉筋.但地下部分墙体则另当别论.因为地下部分墙体配筋人多由水压力、土压力产生的侧压力控制,而由于简化计算经常由坚向筋控制,此种情况下为增大计算墙体有效高度,可将地下部分墙体的水平筋放在内侧,竖向筋放存外侧.虽然这样设置施工不很便利,但对节省墙体配筋效果相当明显.当然,如果地下室的外墙开间很小,也可将地下室外墙简化成双向板设计.但是,当开间横墙较短时,在横墙设计时要考虑此种情况外墙给它的附加作用.
2.2边缘构件的设计
剪力墙应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.17条设置构造边缘构件.首先要区分剪力墙的受力特性及类别,即：普通剪力墙(长墙),短肢剪力墙,小墙肢和一个方向长肢墙而另一方向属短肢墙来区别对待配筋.对于普通剪力墙,其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率,建议加强区0.7％,一般部位0.5％.对于短肢剪力墙,应按高规第7.1.2条控制配筋率加强区1.2％,一股部位1.0％；对于小墙肢其受力性能较差,应严格按高规控制其轴压比,宜按框架柱进行截面设计,并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2％,一般部位1.0％；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体,设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋,笔者认为这并不妥当,建议有两种方法.①计算中另一方向短肢不进入刚度,则配筋可不考虑该方向短肢影响；②计算中短肢进入刚度,则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响.建议该短肢配筋率加强区1.0％,一股部位0.8％.
2.3连梁的配筋
剪力墙中的连梁跨度小,截面高度大,在地震作用下弯矩、剪力很大,有时很难进行设计,如果加大连梁高度,配筋值有时反而更大.连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高.对于门洞,上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞,连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底,有时则高度太高,这样高跨比太大,并且与计算图形不符,相应配筋亦较大,不合理.建议连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面,对于窗洞楼面至窗台部分可用砖或其他轻质材料砌筑.对于窗台有飘窗时,可再增加一根梁,两根梁之问用砖填充.连梁配筋应对称配置,腰筋同墙体水平筋.
2.4计算结果分析、判断和调整
一般使用中国建筑科学研究院PKPM工程部编制的软件SATWE进行结构计算,并通过以下指标的控制对计算结果的合理性进行分析、判断,确认其可靠性.
2.4.1振型数和地震力.振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数.振型数应至少取3,由于程序按三个振型一页输出,所以计算时振型数最好为3的倍数.当考虑扭转耦连计算时,振型数应不少于9.振型数的多少与结构层数及结构形式有关.底部总剪力也在合理范围内,根据《建筑抗震设计规范》CS50011―2001(2008年版)第5.2.5条,对于扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构,结构任一楼层最小地震剪力系数值为：7度为O.016；7.5度为0.024；8度为0.032；8.5度为0.048；9度为0.064.
2.4.2周期比.周期比是限制结构的扭转效应,目的是使结构不至于出现过大的扭转,按照高规(JGJ3―2002)第4.3.5条规定,结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比,高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0．85.周期比不满足要求时,需要增加结构周边构件的刚度,降低结构中间构件的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度.
2.4.3刚度比.刚度比是控制结构竖向不规则的指标,按照高规(JGJ3-2002)第4.4.2条规定,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％.若不满足此条件,其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数,并应对薄弱层部位采取有效的抗震构造措施和验算薄弱层的弹塑性变形,层间弹塑性位移角限制不应大于1/120.
3结束语
综上所述,在小高层结构设计中,短肢剪力墙是一种性价比较高的结构体系.只要设计者能熟悉相关技术资料,根据其受力特点充分了解其破坏机理,选择适合的计算软件、分析方法、计算模型和相关参数,对计算结果合理性判断,保证结构的整体抗震性能,使整个结构具有必要的承载能力、刚度和延性,在符合规范要求的情况下,短肢剪力墙结构体系能够得到广泛的运用.随着设计技术的进一步提高,短肢剪力墙结构也将得到更加良好的发展.