短肢剪力墻結構受力特點和設計方法探討

1、<p>　　短肢剪力墻結構受力特點和設計方法探討</p><p>　　摘 要：本文簡述了短肢剪力墻結構的的受力特點和布置問題，對短肢剪力墻結構設計中的幾點注意事項作了闡述，供大家參考。 </p><p>　　關鍵詞：短肢剪力墻；高度比 </p><p>　　Abstract: this paper describes the mechanical char

2、acteristics of short limb shear wall structure and layout problems, and on several matters needing attention in the design of short limb shear wall structure made in this paper, for your reference. </p><p>　

3、　Key words: short limb shear wall height ratio </p><p>　　中圖分類號： TU318文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）04-0000-00 </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　近幾年來，高層住宅建筑中短肢剪力墻這種結構形式越來越多，由于

4、高層建筑中一般不允許采用異形柱，而短肢剪力墻卻是較常用的構件。這種結構形式平面布置時利用樓梯間、電梯間、山墻、分戶墻布置一般剪力墻，其余布置短肢剪力墻。這種布置既使廳和臥室沒有突出的梁柱，又能通過調整剪力墻的位置滿足現(xiàn)代居住空間的要求，因此深受開發(fā)商和住戶的青睞。 </p><p>　　2 短肢剪力墻的受力特點 </p><p>　　目前，對于短肢剪力墻為何定義為墻肢高度比為5～8的剪力墻

5、并沒有明確說明理由。事實上，短肢剪力墻介于聯(lián)肢墻與異形框架柱之間，它屬于聯(lián)肢墻的一種界限情況，與一般的聯(lián)肢墻相比，它的墻肢截面高度要短一些，但它仍屬于剪力墻的范疇。下面以雙肢墻為例來說明短肢剪力墻的受力特點。它由兩個T形截面的墻肢和一系列連梁組成的聯(lián)肢墻。設水平荷載在離墻底為z的高度處產生的彎矩為M，由平衡條件知： </p><p>　　M=M1+M2+N1 </p><p>　　式中：M

6、l、M2分別為離墻底高度為z的水平截面上，由墻肢1、2單獨承擔的變矩，它使單個墻肢截面產生彎曲，稱為局部彎矩；N為該處墻肢截面的軸向力；L為兩墻肢截面形心之間的距離L=LI+L2。 </p><p>　　顯然NL表示由兩個墻肢整體工作的組合截面所承擔的彎距，它使組合截面產生彎曲，其中一個墻肢受拉，另一個墻肢受壓，因此將NL稱為整體彎矩。 </p><p>　　從典型的短肢剪力墻在倒三角形水

7、平荷載作用下墻肢的局部彎矩、墻肢軸力所產生的整體彎矩以及外荷載產生的總彎矩之間的關系。不難看出，整體彎矩隨著整體性系數(shù)的增加而增大，而局部彎矩則隨著整體性系數(shù)的增大而減小。 </p><p>　　現(xiàn)在再將連梁沿跨中截開，開該處的彎矩為零，剪力為Vbi。式中，Vbi為i層連梁對兩個墻肢提供的彎矩貢獻，稱為結束彎矩。 </p><p>　　可見，整體彎矩是由連梁的剪力作用提供的，剪力墻某一水平

8、截面上的整體彎矩等于此截面以上所有連梁對墻肢的約束彎矩的總和，這就是連梁的貢獻。在短肢剪力墻中，整體彎矩比局部彎矩大得多，所以剪力墻的主要受力特點是以整體彎曲為主，大多數(shù)樓層的墻肢沒有反彎點。 </p><p>　　3 結構布置中需注意的問題 </p><p>　　短肢剪力墻結構應加強抗震薄弱環(huán)節(jié)，注重概念設計。 </p><p>　　(1)由于短肢剪力墻結構相對于

9、普通剪力墻結構抗側剛度較小，設計時應布置適當數(shù)量的長墻，或利用樓梯間、電梯井形成剛度較大的內筒，建筑物由風荷載及地震作用引起的水平作用力主要由這部分剪力墻承擔，以避免地震作用下結構產生過大的變形．同時形成兩道抗震防線。 </p><p>　　(2)高層短肢剪力墻結構在地震力作用下，將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢，截面小且承受較大的豎向荷載，當有扭轉效應時，會加劇已有的翹曲變形，使墻肢首先開裂。應加強其抗震

10、構造措施，如減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率等，提高其延性。 </p><p>　　(3)由于一字形短肢墻自身剛度及穩(wěn)定性不夠好，除條件限制外，一般不宜采用。 </p><p>　　(4)短肢墻應盡量均勻分布，其軸向應力不應相差太懸殊。 </p><p>　　4短肢剪力墻結構的計算及其設計 </p><p>　　4．1短肢剪力墻結構的計算方

11、法 </p><p>　　短肢剪力墻結構是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。其計算模型．配筋方式和構造要求均同于普通剪力墻結構。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT．TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結構。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度(多一個截面翹曲角，即扭轉角沿縱軸的導數(shù))， 考慮了墻單元非

12、平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內剛度無限大假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結構布置復雜(如有轉換層)時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當結構布置復雜時變形不協(xié)調。而短肢剪力墻結構由于肢長較短(一般為墻厚的5— 8倍)，本身較高細，更接近干桿件性能，所以，用TAT、TBSA計短肢剪力墻結構能較好

13、地反映結構的受力，精度較高。 </p><p>　　對設有轉換層的短肢剪力墻結構，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心簡和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支。框支剪力墻是受力面向受力點過渡， 由于薄壁桿件的連接處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。因此，帶有轉換層的短肢剪力墻結構宜優(yōu)先采用墻元模型軟件進行計算。當然，從整體上的內力(特別是下部支承柱的內力)分布情況來看，如果將剪力墻加以

14、適當?shù)奶幚?，還是可以用TAT、TBSA對結構進行整體計算的。 </p><p>　　4．2短肢剪力墻結構的設計要點 </p><p>　　在進行以上計算分析后，按高層建筑結構設計與施工規(guī)范進行截面與構造設計，相對于異形柱結構，短肢剪力墻結構的理論與實踐較為成熟，這種結構在結構設計中要注意以 </p><p><b>　　下幾點： </b><

15、;/p><p>　　(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(shù)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； </p><p>　　(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，應加強其抗震構造措施，如減小軸壓比，增大縱

16、筋和箍筋的配筋率； </p><p>　　(3)高層短肢剪力墻結構在水平力作用下，顯現(xiàn)整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉剪力， 由一些模型試驗反映出外周邊墻肢開裂，因而對外周邊墻肢應加大厚度和配筋量，加強小墻肢的延性抗震性能。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； </p><p>　　(4)各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量

17、接近，必要時用長肢墻來調整剛度中心； </p><p>　　(5)高層結構中的連梁是一個耗能構件，在短肢剪力墻結構中，墻肢剛度相對減小，連接各墻肢問的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不應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，應按普通框架梁要求，控制砼壓區(qū)高度，其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70％一80％ 來解決，按強剪弱彎，強柱弱梁的延性要求進行計算。 </p>&