1、1基于高层短肢剪力墙结构的设计问题分析与探讨【摘 要】随着高层建筑规模的扩大,其建设施工技艺也得到了逐渐的完善。传统的剪力墙结构虽然能够满足建设使用的需求,但是灵活性不够,在此基础上,我们研发了短肢剪力墙结构。本文主要对该项技术进行全面的介绍,重点论述其使用的优质特性以及相应的限制性因素等。 【关键词】短肢剪力墙;高层建筑;建筑施工;施工建设人员 前言 高层建筑由于占地面积小,使用空间大,而在国内得到迅速的发展。目前我国的各个城市都在进行大规模的高层建筑施工。高层建筑由于与地面的垂直距离比较大,因此对稳固性的要求更高。传统的剪力墙结构职能满足普通建筑的稳固需求,运用在高层建筑中,还是存在安全隐
2、患的,而短肢剪力墙结构是在剪力墙结构基础上发展而来的,经过改良的短肢剪力墙结构更能适应高层建筑的需求,目前已经得到了比较广泛的应用。 一、短肢剪力墙概念分析 短肢剪力墙是指大部分墙肢截面高度与厚度之比为 58 的剪力墙与筒体或一般剪力墙组成的结构体系。它根据高层住宅平面特点, 利用竖向交通中心区的分隔墙 ,设置钢筋混凝土墙, 组成一个基本完整的核心筒体 , 作为承受竖向荷载和抗力的主要部分。外围部分的 竖向构2件, 视结构受力需要和建筑平面布置 , 在房间分隔墙交点处设置适量的钢筋混凝土短肢墙。各短肢剪力墙间布置连梁,把这些短肢剪力墙及核心筒体连接成一个整体,构成整幢建筑的结构体系。短肢剪力墙
3、的构成形式多样,在进行建筑施工时,建筑施工单位可以根据建筑的实际需要进行调整,但是无论那种形式的采用,都应该遵循经济成本低廉,施工操作简单的基本原则,以便提高建设施工的效率。 二、短肢剪力墙体系的特点分析 1、由于其独特的造型结构,所以基本上不会影响建筑的正常使用,不影响其建筑效能的发挥。这种低干扰的性质很大程度上提高了其利用的范围。 2、短肢剪力墙的结构总数没有明确统一的规定,在实际施工中,施工人员可以根据实际建筑的条件和建设工期等因素进行灵活性的选择,因此,更符合建设施工单位的要求。 3、短肢剪力墙的另一个优势在于能够保证建筑的外观审美,在加固墙体之时,使用的木料和梁子等,都可以安置在该墙
4、内部。 4、短肢剪力墙的体积明显比传统的剪力墙小,所以施工建设的难度也大大的降低了,减少房屋自身重量的同时,又提高了高层建筑的施工质量,降低了安全隐患。 5、当下部建筑要求为大空间时, 易通过转换结构或转换层来处理上下部结构关系。 6、为满足轴压比限值及构造要求, 墙体厚度比一般剪力墙大。 三、短肢剪力墙的适用范围和布置原则分析 3短肢剪力墙结构虽然是新技术模式,但是国家的建筑管理部门已经对其建设施工提出了相关的标准,施工建设时,施工人员和设计工作者必须严格遵循相关的规定,违规操作现象需要接受调查,具体的规定列举如下: 1、其最大适用高度应比剪力墙结构适当降低 , 且 7 度和 8 度抗震设计
5、时分别不应大于 100 米和 60 米。 2、筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部倾覆力矩的 50%。 3、短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙提高一级采用。 4、各层短肢剪力墙的重力代表值作用下产生的轴力设计值得轴压比,抗震等级 为 1, 2, 3 级时,分别不宜大于 0.5, 0.6, 0.7; 对于无翼缘或端柱的一字型短肢剪力墙, 其轴压比限值相应降低 0.1。 5、短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋配筋率, 底部加强部位不宜小于 1.2%, 其他部位不宜小于 1.0%。 6、短肢剪力墙截面厚度不应小于 200mm; 7、 7, 8 度抗震设计时,短肢剪力墙宜设置翼缘
6、,一字型短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧向交的楼面梁。短肢剪力墙的布置还应遵循以下原则: 短肢剪力墙数量宜适中,满足竖向荷载和抗侧力需要即可 ; 短肢剪力墙应尽量均匀布置,使其轴向力相差不大,且便于支撑楼 盖 ; 当有抗震要求或风力较大或平面凸凹较多时, 在平面外边缘及角点处 , 特别是外凸部分, 应布置必要的短肢剪力墙,以加强其整体性,满足受力及平面刚度和抗扭转要求;各短肢 墙应尽量对齐拉直,使之与4连梁一起构成较规整且连梁连续数跨的抗侧力片。 四、设计时应注意的问题 1、结构的动力特性分析和杆件内力计算采取三维计算方法。这时对于竖向构件又有墙元模型与薄壁杆模型,前者是板元与膜元的组合,是一
7、种高精度力学模型;后者是一种简化模型,但精确度较低。 2、为了保证建筑施工的质量,降低施工的工作量,所以在进行短肢剪力墙施工时,尽量选址在每一个楼层的中心位置,这样两侧受力均衡,墙体的稳固性会得到提升。短肢剪力墙以短和小为特点,所以不能构建的过高,否则就失去了使用的效能。 3、要严格控制短肢墙的轴压比,尤其是无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙。根据以往的经验总结我们能够得出结论,该墙体的压力承受数值需要符合标准,压力过小,墙体的支撑性能减弱,墙体的压力过高时,中心轴会出现偏差,建筑中的混凝土在偏压的作用下会出现裂缝。墙体裂缝是建筑的一个重要质量问题,不仅影响墙体的外观审美,同时也减弱了墙体的受重能
8、力,如不加以及时处理,将留下重大的安全隐患。因此规范引入剪力墙的变形能力要求,并从变形能力出发规定了轴压比限值,同时提出了按混凝土压应变大小设置的约束边缘构件的设计方法,这是十分必要的。 4、短肢墙截面形式不宜采用一字形,宜优先采用 L、T、十字形等,外墙转角处不应采用一字形;为了有利于保证墙、梁的有效断面,同一构件各方向墙肢的厚度应尽可能相等。 5、要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性规程规定:按连5梁进行设计剪力墙开洞形成的跨高比小于 5 的连梁;按框架梁进行设计剪力墙开洞形成的跨高比不小于 5 的连梁。设计时比较合理的办法就是把短肢墙平面内的梁按规范进行分类设计,但在做抗震分析时,
9、为了使梁截面设计易于满足规范的要求,同时也为了安全考虑,不应做连梁刚度的折减。 6、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。因此,设计中,为了避免将一字形短肢剪力墙布置在建筑外边缘及角点处,应加强位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙的延性抗震构造措施。7、应按规定提高短肢墙结构的抗震等级,以便提高其配筋量;短肢剪力墙结构较柔,周期较长,为了加大地震力,增加安全储备,应适进行周期折减。 五、结构设计计算原则分析 短肢剪力墙结构由于总体结构发生了变化,所以对其重力和耐力等数值的计算就要与传统的墙体结构区别开来,无论是计算方
10、法还是计算模式都要遵循新的原则,具体表现在:在 SATWE 计算中,建模应按规范有关要求,依据构件截面高宽比进行定义和分类 , SATWE 软件可以 自动搜索短肢剪力墙,但不能自动判断短肢剪力墙结构,因此在短肢剪力墙较多时,需要对所有数据进行预先计算,并将两次计算结果进行对比,出现异常的数据必须进行重点分析。 六、结构设计改进措施分析 6短肢剪力墙的抗震薄弱还节食建筑外缘及角点处的短肢 , 特别是一型短肢剪力墙, 会出现先于其他连梁的破坏情况。设计中应当加强这些部位短肢剪力墙的延性抗震措施, 避免将一型短肢剪力墙布置在建筑外缘及角点处。 七、结语 随着我国经济水平的不断提高,和人们对于居住要求的普遍提高,高层建筑的规模还会持续的扩大。现有的短肢剪力墙结构虽然已经能够适应了现行的建筑需求,但是进行技术革新和改良是技术人员的基本工作,希望通过大量的经验积累,我国的高层建筑墙体结构还能够得到进一步的突破。 参考文献: 1董海棉.高层建筑短肢剪力墙结构设计J. 甘肃科技. 2009(10) 2李?.高层建筑框架剪力墙结构设计中几个问题的探讨J.中国高新技术企业. 2008(16)