某小区住宅楼短肢剪力墙结构设计分析.doc

1、某小区住宅楼短肢剪力墙结构设计分析摘要：随着社会经济的发展，人们的生活水平显著提高，对住宅平面与空间的要求也越来越高。普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对空间的限定已远不能满足人们对住宅空间的要求。于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式，即“短肢剪力墙结构”型式。短肢剪力墙结构有墙肢高宽比较大、延性较好、对抗震有利等优点，被广泛应用于高层建筑，现以某小区一栋小高层住宅楼为例，介绍一下短肢剪力墙结构的设计情况。 中图分类号：F287.8 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 该工程为住宅小区某单体高层住宅建筑，建筑面积为 4

2、886 m2，标准层建筑面积为 438 m2。开间为 3.3 m5.1m，进深为 4.6 m6 m。层数为地下一层，地上十一层，其中一至十一层层高为 2.9m，梯屋面层高为2.7m。建筑总高度为 36.95 m。结构形式采用短肢剪力墙。楼盖采用现浇钢筋混凝土楼盖，墙、柱、梁均为现浇，抗震设防烈度为七度。 2 主体结构设计 (1)结构选型 根据开发商的要求，房间内不允许露出柱和梁等结构构件。本工程可供选择的结构方案有异形柱结构和短肢剪力墙结构。由于异形柱结构要求各截面肢高与肢厚之比不大于 4，且柱的净高与柱截面长边尺寸之比不宜小于 4、不应小于 3，由此对截面尺寸产生了限制。经初步估算，采用异形

3、柱框架结构时柱的轴压比超出限值，且异形柱框架结构适用的房屋最大高度是 21m，故决定不采用异形柱框架结构。对于短肢剪力墙结构，经初步估算，其轴压比、侧移、扭转及总高度限值等方面均能满足要求，故最终决定采用短肢剪力墙结构。 (2)结构布置 结合本工程的特点，在结构布置时，以满足结构承载力、控制结构变形、减少扭转、控制轴压比等多方面指标综合确定剪力墙的布置。结构布置主要采取以下措施： 根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构，本工程沿楼梯间布置长剪力墙，并结合电梯间形成短肢剪力墙-筒体结构。在其余部位，采用小开间布置剪力墙的方式，沿内外墙交

4、接处布置短肢剪力墙。为增加短肢剪力墙的侧向刚度，尽量将短肢剪力墙布置成 T 形、L 形或+形。 合理布置水平抗侧力结构，各个轴线的水平抗侧构件尽量分布均匀、对称，以减少结构的扭转。在布置剪力墙时，随时应用 SATWE 程序对结构进行分析，并根据分析结果，调整各轴线上的墙肢长度，尽量减少结构的质量中心与刚度中心的偏差。根据高层建筑混凝土结构技术规程 ，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍，不应大于该楼层平均值的 1.5 倍。本工程控制在 1.06 倍。 控制剪力墙的轴压比不超过规定的限值。本工程为二级抗震等级，

5、按 14 kNm2 估算，将短肢剪力墙的轴压比限制在 0.6 以下，对于一字型短肢剪力墙，轴压比控制在 0.5 以下。墙肢长为肢厚的 58 倍，同时要兼顾建筑门窗洞口的要求。剪力墙外墙厚为 250 mm，内墙厚为 200 mm。0.000 以下墙肢加厚 100 mm。 保持竖向刚度连续，四层以下采用 C40 级砼，五八层采用 C35级砼，九层以上采用 C30 级砼，梁楼板采用 C25 砼。剪力墙截面沿竖向不变化。 为加强结构整体性，楼屋盖均采用现浇。 内墙梁截面宽度为 200 mm，外墙梁截面宽度为 250 mm。梁高初步按净跨 110 确定。 剪力墙数量布置的的多少，是结构设计中至关重要的一

6、个问题。剪力墙布置的太少，结构侧向刚度小，结构侧移大；剪力墙过多，地震力大，又不经济。在框架-剪力墙结构的设计中我们常采用一些指标来指导我们的剪力墙布置，如壁率、平均压力、参照实际工程中的剪力墙数量等等。壁率的计算有“单位建筑面积墙长”和“单位建筑面积墙面积”两种计算方法，前者比较粗略，后者反映了墙厚的因素；平均压力是楼层以上重量除以墙、柱截面积， 它反映了层数、重量及结构截面积等因素。参照实际工程中的剪力墙数量时我们用“单位建筑面积墙面积”的壁率值加以比较。 3 分析结果 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

7、。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。采用 SATWE程序进行分析，短肢剪力墙按墙元模型输入，短肢剪力墙间的梁作为连梁计算。结构在风荷载和地震作用下的位移见下图。 从图中可以看到，在地震力和风荷载的作用下，结构的变形接近框剪结构的弯剪变形。从位移计算结果来看，在前面所确定的“壁率”等指标下

8、，短肢剪力墙结构能够较好的控制结构的位移。 4 设计时应注意的问题 （1）振动台模拟地震试验结果表明，建筑平面外边缘及角点处的墙肢，底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节，当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂。在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢截面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意，对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏，短肢剪力墙宜在两个方向均

9、有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免用“一”字形小墙肢。 （2）主要抗侧力结构筒体（或长墙）一般利用楼、电梯间，但要注意刚度的均衡性，不要集中在一处布置使建筑产生过大的扭转效应，同时筒体要有足够的刚度，形成多道抗震防线，为了确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计，短肢墙之间的梁净跨不宜过小，使其具有一定的耗能作用。 （3）短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢，特别是“一字形”短肢剪力墙，可出现先于与其相连的梁破坏的情况。如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂。因此，设计时应采取必要的措施，如对位

10、于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率，加强小墙肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙，以保证结构的安全性、实用性。 结论 短肢剪力墙结构的设计应在限制结构位移、减少扭转、控制轴压比的原则下，合理布置剪力墙的数量和位置，同时采取合理的构造措施，加强楼屋盖的刚度并设置暗柱，提高结构的整体性。在计算剪力墙的壁率时，应考虑建筑总高度和层数的因素，不断积累经验，使其更加合理。参考文献： 【1】GB50011-2010，建筑抗震设计规范。北京：中国建筑工业出版社，2010 【2】JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程。北京：中国建筑工业出版社，2011