摘要: 帶有短肢剪力墻的建筑結構在我國部分地區,特別是抗震設防等級不大的地區較為流行,因為該類建筑室內沒有柱子,空間布局比較方便,又可以減輕結構自重,應用逐漸廣泛。對短肢剪力墻及短肢剪力墻結構的判別方法討論,歸納總結了規范對短肢剪力墻的規定,根據短肢剪力墻的特點,提出設計建議。

　　關鍵詞:短肢剪力墻

　　Abstract: with a short shear wall structure of the building in some areas in China, especially the seismic fortification level not big area is popular, because the building interior no columns, the space layout is more convenient, and reduce weight structure has been used widely. To short-shear walls and short shear wall structure determination method for discussion, summarizes the rules for short-shear walls regulation, according to the characteristics of the short-shear walls, design proposals.

　　Keywords: short-shear walls

　　中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1　短肢剪力墻與普通剪力墻和異型柱的界定

　　短肢剪力墻是指墻肢的高度與厚度的比值(高厚比)為5~8倍的剪力墻;一般剪力墻是指墻肢高厚比大于8的剪力墻。當墻肢高厚比≤4時則是異型柱。

　　2　短肢剪力墻結構與剪力墻結構的界定

　　對于短肢剪力墻結構與剪力墻結構的界定,目前規范尚不統一。《高規》中解釋為:當結構中短肢剪力墻數量較多時才屬于短肢剪力墻結構。2004年中國建筑科學研究院《房屋建筑設計常見問題解答》中對相關規定作了如下解釋:一般剪力墻結構中,如果存在少量的短肢剪力墻,則不必要遵守7·1·2條的規定。這里如何界定“較多”與“少量”的標準并不明確。由于一旦確定為短肢剪力墻結構,其抗震等級就要相應提高一級;一二級抗震等級的剪力需要提高,軸壓比控制也更為嚴格,因此會造成結構造價增加。所以短肢剪力墻結構的判別標準是結構工程師比較關心的問題。目前從一些地方規定和各種資料看,采用的判別方法主要有三種:

　　2·1　按抗傾覆力矩來判別

　　當結構中的短肢剪力墻第一振型底部地震傾覆力矩占底部地震總傾覆力矩的40%~50%時,則可以認為該結構屬于短肢剪力墻結構。當占底部地震總傾覆力矩小于40%是可認為是一般剪力墻結構。

　　2·2　按所承受荷載面積來判別

　　當短肢剪力墻所承擔樓面負荷的面積占全部樓面面積的比值,對于多層建筑占60%以上,對于高層建筑占50%以上,則可以確認該結構為短肢剪力墻結構。

　　2·3　按短肢剪力墻截面面積與全部剪力墻截面面積的比值來判別

　　當短肢剪力墻截面面積占全部剪力墻截面面積的比值大于50%時可確定為短肢剪力墻結構。

　　3　短肢剪力墻的性能特點:

　　目前關于短肢剪力墻研究的文獻很多,總體認為在中、小高層建筑結構中,聯肢墻的單肢高厚比在5~8之間是一個剛度急劇變化的臨界點,當單肢高厚比超過這個限值時,剛度和承載力會緩慢增長;當高厚比小于這個限值時,其承載力會急劇減小。從這一點來看,高規將短肢剪力墻的高厚比定義在5~8之間是合理的。

　　墻肢的高厚比小于5的小墻肢,難以形成聯肢剪力墻,如果連梁剛度大就形成剪切變形為主的壁式框架,連梁剛度小容易形成抗側剛度差的獨立墻,甚至異形柱框架,抗震性能都不好。另一方面,對雙肢短肢剪力墻在低周期反復水平荷載作用下,其破壞屬彎剪形破壞,具有一定的耗能能力。

　　另外通過研究也發現作為聯肢的短肢剪力墻,其左右墻肢的應力分布近似滿足平面假定;有翼墻的墻肢受力明顯優于無疑翼墻的墻肢;短肢剪力墻結構承擔的總彎矩中局部彎矩所占的比例可以遠遠大于整體彎矩所占的比例,且隨著肢厚比的增加這種趨勢更加明顯;在均部水平荷載或三角形水平荷載下,短肢剪力墻的側移曲線是彎剪形的

　　總之,短肢剪力墻是介于異型柱及一般剪力墻之間的一種構件形式,在墻肢高度與厚度之比較小時(如接近4),其受力性能更接近于異型柱,反之則更接近于普通剪力墻。由于短肢剪力墻的截面特點,在一般情況下其在地震作用下的破壞形態是彎剪破壞。

　　4　規范對短肢剪力墻的要求:

　　由于短肢剪力墻抗震性能相對普通剪力墻結構較差,所以《高規》對短肢剪力墻的要求比一般剪力墻要嚴格,總結歸納詳見表4。

　　5　短肢剪力墻配筋方式分析:

　　短肢剪力墻高厚比位于柱與一般剪力墻之間,在實際工程中,其配筋方式也由于工程設計者的個人習慣不同而有所差別。一般有兩種配筋方式:第一種按柱配筋方式,縱筋基本均勻布置在剪力墻周邊;第二種按剪力墻配筋方式,在墻端部設置暗柱,縱筋主要配置在暗柱內(見圖1、圖2)。以上兩種配筋方式,無論是第一種還是第二種都有一定的不合理性,分析如下:

　　5·1　按柱配筋方式

　　與柱配筋相同,縱筋基本均勻配置在周邊。而剪力墻的特點是平面內剛度大,承載力大,平面外剛度和承載力均相對較小。短肢剪力墻受力性能與一般剪力墻接近,變形后符合平面假定,受力時平面內兩端受力大,因此,縱筋配置應集中在端部才能發揮鋼筋強度。按照柱配筋方式墻肢中部配筋因距中和軸較近,不能充分發揮其強度。

　　同時參照異形柱配筋特點,異形柱配筋要求配置在端部邊緣及折角處,腹部考慮受力翹曲影響,僅配置構造鋼筋。由此可見按照柱配筋的方式與短肢剪力墻受力特點不符,配筋不合理。

　　5·2　按剪力墻配筋方式

　　短肢剪力墻受力特點與一般剪力墻相似,按照剪力墻配筋方式較符合其受力特點。通過在端部設置暗柱等邊緣構件,由于邊緣構件中箍筋對砼的約束,使砼有較大的變形能力,避免受壓區混凝土過早的壓碎破壞,同時也限制了裂縫的發展,從而提高了剪力墻的延性和耗能能力。然而當短肢剪力墻縱向鋼筋大部分配置于端部暗柱內時,由于“高規”對短肢剪力墻縱向鋼筋的配筋率規定為底部加強部位不宜小于1·2%其他部位不宜小于1·0%,可能使暗柱內配筋率過高,同時又可能出現在變截面處配筋量突變的情況。下面舉例說明:

　　如圖3所示,墻肢高厚比為8,判定為短肢剪力墻,暗柱按照“高規”規定設置,如圖中陰影面積。暗柱面積占總截面面積的44%,假定該部位為底部加強區,剪力墻抗震等級二級,“高規”要求全部縱筋配筋率不小于1·2%。假設在非暗柱部位剪力墻縱筋配筋率為0·5%,則暗柱部位的配筋率為(1·2%-0·56×0·5%)/0·44=2·09%。假定該段墻上至非底部加強區樓層墻肢厚度改為240 mm(如圖4),則墻肢高厚比為8·33,判定為一般剪力墻。按照“高規”規定設置構造邊緣構件,暗柱縱向配筋率為0·7%。從暗柱配筋量變化可以看出從短肢剪力墻過渡到一般剪力墻,暗柱配筋會產生突變。同時,如果暗柱配筋是按構造配置則配筋率也明顯偏高。暗柱配筋過高也可能造成剪力墻抗彎承載力過高,使受彎承載力高于受剪承載力,也就是可能產生剪切破壞先于彎曲破壞,而剪切破壞是脆性破壞,是設計應該避免的。由此可見按照第二種按剪力墻配筋方式也有一定的不合理性。

　　5·3　配筋建議

　　從上述分析中可以看出短肢剪力墻高厚比為5~8,受力狀態從柱過渡到剪力墻,變化幅度大。工程中剪力墻形狀也千變萬化,設計中應根據實際情況具體處理。個人認為短肢剪力墻配筋可按照以下原則配置:

　　1)縱向鋼筋的配置應主要配置在平面內的端部形成暗柱。暗柱范圍可以按照一般剪力墻邊緣構件的的要求確定。暗柱內的縱向鋼筋配筋率可根據短肢剪力墻高厚比的增大而減小,當高厚比接近于一般剪力墻時,其暗柱內縱向鋼筋配筋率也應接近于一般剪力墻邊緣構件最小配筋率的要求。

　　2)當暗柱縱向配筋率較高時,為保證短肢剪力墻“強剪弱彎”的要求,應適當提高暗柱內的最小配箍率特征值,暗柱以外的墻肢內的水平配筋也應按一般剪力墻配筋構造適當加強。

　　6　短肢剪力墻結構設計建議

　　相對于短肢剪力墻結構的特點,在進行設計時,需要引起重視的方面如下:

　　1)由于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。

　　2)短肢剪力墻結構的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢,當有扭轉效應時,會加劇已有的翹曲變形,使其墻肢首先開裂,所以,應盡量避免將短肢剪力墻布置在結構周邊等扭轉效應較大的部位,如必須布置時應加強其抗震構造措施,減小軸壓比,增大縱筋和箍筋的配筋率;并且短肢墻應在兩個方向上均有連接,避免形成孤立的“一”字形墻肢。

　　3)短肢剪力墻應盡量設計成聯肢墻,通過各種研究試驗分析,短肢剪力墻可以很好的形成聯肢墻,可以提供足夠的剛度。獨立短肢剪力墻的剛度很低,對結構整體剛度貢獻很小。

　　4)高層結構中的連梁是一個耗能構件,在短肢剪力墻結構中,墻肢剛度相對較小,連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不宜在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調,使其設計內力降低,宜按普通框架梁要求,控制混凝土壓區高度,其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70%~80%來解決,按強剪弱彎,強柱弱梁的延性要求進行計算。

　　5)“高規”第7·2·1條中有規定短肢剪力墻全截面縱向鋼筋最小配筋率的要求,而與抗震等級無關。對短肢剪力墻最小配箍率特征值也沒有比一般剪力墻提高規定,實際工程設計時應根據具體情況進行調整處理。

　　6)“高規”第7·2·1條中的8條措施明確指出是為短肢剪力墻較多的情況下應采用的,對短肢剪力墻數量少,抗震等級低,所處部位不在角部,軸壓比小,墻肢高厚比大等情況應根據具體工程實際情況理解和應用規范,做到安全、經濟、合理。

　　7　結　語

　　短肢剪力墻結構有著較大的市場需求,在設計中根據其受力的特點,充分了解其破壞的各種機理,選用合理的結構形式,截面配筋,才能達到安全、經濟、合理的目的。

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