剪力墻結(jié)構(gòu)受力和計(jì)算要點(diǎn)分析
【摘 要】從概念設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)剪力墻的受力與計(jì)算進(jìn)行了論述，總結(jié)出高層剪力墻的基本設(shè)計(jì)理念，即在滿(mǎn)足建筑平面使用的前提下，合理把握關(guān)鍵部分及次要構(gòu)件，關(guān)鍵部分加強(qiáng)，耗能部位放松。
【關(guān)鍵詞】剪力墻布置；位置；參數(shù)
Force and shear wall structure analysis by calculating the point
Xu Jian，Zhang Hong-liang
�。℉andan Municipal Institute of Architectural Design Handan Hebei 056002）
【Abstract】From the perspective of the conceptual design of shear walls and calculate the force were discussed， summed up the basic design philosophy to high rise buildings that meet the premise of building plan to use， a key part of a reasonable grasp and secondary components， a key part of strengthening energy parts relax.
【Key words】Shear arrangement；Position；Parameters
1. 概述
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的迅猛加速，城市的版圖不斷擴(kuò)大，城市人口激增，市場(chǎng)對(duì)住宅需求量增大的前提下，多層住宅越來(lái)越少，取而代之的是高層住宅得到了廣泛的應(yīng)用。高層住宅的優(yōu)點(diǎn)：可以節(jié)約土地，增加住房和居住人口，在我國(guó)人口密集的大中城市，通過(guò)高層住宅可以解決各方面的矛盾。但是高層住宅也有不足之處，如一次，陛投資大、公攤面積大、高層住宅的鋼材和混凝土每平方米的消耗量都遠(yuǎn)大于多層住宅，另外還要配置電梯，消防等配套設(shè)施。
2. 高層住宅的分類(lèi)
高層住宅按外部體型常分為塔式與板式，按內(nèi)部空間又分為單元式和走廊式。按結(jié)構(gòu)體系來(lái)分，鋼筋混凝土高層住宅一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)是一種傳統(tǒng)、成熟、受力性能良好的結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)本身的整體性好，側(cè)向剛度大，在水平作用下側(cè)移小，且房間里沒(méi)有梁柱等凸出的部位，便于家具的布置。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)墻體多，布置不靈活，自重大；框架剪力墻結(jié)構(gòu)與框支剪力墻結(jié)構(gòu)通常是為了使用功能上出現(xiàn)大空間如用做商場(chǎng)、辦公室等而采取的一種結(jié)構(gòu)形式，整體剛度相對(duì)要弱一點(diǎn)，框支剪力墻的受力性能也弱，含鋼量相對(duì)大于剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)方案的選擇常規(guī)是結(jié)合業(yè)主的意見(jiàn)，建筑本身的使用功能，當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度等因素來(lái)綜合確定。
3. 剪力墻的概念設(shè)計(jì)
3.1 高層結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，所謂的概念設(shè)計(jì)即盡量從宏觀上要把結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件布置的均勻?qū)ΨQ(chēng)，使受力方向作用到構(gòu)件有利的一面，避免出現(xiàn)荷載應(yīng)力集中及剛度偏差太大而發(fā)生樓座整體扭轉(zhuǎn)的情況。剪力墻結(jié)構(gòu)常規(guī)是指墻肢截面的高度與墻體厚度的比值大于8的結(jié)構(gòu)。在布置剪力墻的時(shí)候，盡量布置成“T”形，“L”形，“十”形，“I”形等連續(xù)拐彎的墻體，避免出現(xiàn)剛度偏心和扭曲，嚴(yán)格避免設(shè)置“一”字形剪力墻，“一”字形剪力墻的穩(wěn)定性及抗震性均很差。
3.2 設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，還應(yīng)注意建筑平面圖，看是否存在角窗，結(jié)構(gòu)體系角部設(shè)置連續(xù)的剪力墻對(duì)抗震非常有利，設(shè)置角窗與不設(shè)置相比，結(jié)構(gòu)整體效應(yīng)影響較大，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，自振周期，地震作用及扭轉(zhuǎn)等均有不同程度的差異，設(shè)置角窗的剪力墻，外墻的內(nèi)力會(huì)明顯加大，配筋也會(huì)相應(yīng)加大。同時(shí)，角部的連梁與暗柱配筋也會(huì)顯著加大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。若業(yè)主堅(jiān)持做角窗，在盡量勸說(shuō)無(wú)效時(shí)，應(yīng)采取以下幾項(xiàng)措施：
�。�1）洞口上下對(duì)齊，連梁不能過(guò)小。
（2）角窗附近不采用“一”字形及短肢剪力墻。
�。�3）角窗對(duì)應(yīng)的房間樓板加厚，鋼筋雙層雙向通長(zhǎng)布置。
�。�4）角窗兩側(cè)的邊緣構(gòu)件沿樓座通高設(shè)置約束邊緣構(gòu)件等措施，總之，設(shè)置角窗需慎重對(duì)待。
3.3 剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁常規(guī)是作為高層結(jié)構(gòu)中的耗能構(gòu)件。剪力墻的破壞分為脆性破壞和延性破壞。脆性破壞是指剪力墻的墻肢抗剪能力不夠而發(fā)生剪切破壞，剪力墻很快喪失承載力，甚至整個(gè)樓座突然垮塌。延性破壞一般分兩種情況：一種是連梁不屈服，墻肢發(fā)生彎曲破壞，但吸收的地震能量較低，設(shè)計(jì)中應(yīng)避免該情況出現(xiàn)；另一種情況是連梁屈服，梁端出現(xiàn)塑性鉸，耗散大量的地震能量，同樣通過(guò)塑性鉸來(lái)傳遞彎矩和剪力，這是一種理想的受力機(jī)制。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須十分注意連梁的延性要求。
4. 結(jié)構(gòu)量化計(jì)算
SATWE計(jì)算時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理選取計(jì)算機(jī)程序?qū)亲姆治鲇?jì)算是概念設(shè)計(jì)的一個(gè)輔助手段，即在正確的概念設(shè)計(jì)的前提下，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一種量化計(jì)算。計(jì)算時(shí)需注意以下幾個(gè)參數(shù)。
4.1 結(jié)構(gòu)自振周期折減系數(shù)。
�。�1）根據(jù)《高規(guī)》4.3.17款規(guī)定，當(dāng)非承重的填充墻為磚墻時(shí)，框架結(jié)構(gòu)，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期折減系數(shù)可按下列規(guī)定取值：框架結(jié)構(gòu)：0.6～0.7；框架一剪力墻結(jié)構(gòu)：0.7～0.8；框架一核心筒結(jié)構(gòu)：0.8～0.9；剪力墻結(jié)構(gòu)：0.8～1.0；對(duì)于其他結(jié)構(gòu)體系或采用其他非承重墻體材料時(shí)，可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，高度不太高，抗震設(shè)防烈度低的結(jié)構(gòu)，剪力墻的數(shù)量不多，會(huì)有不少的填充墻，這時(shí)，須注意調(diào)整結(jié)構(gòu)自振周期折減系數(shù)；對(duì)于樓座高度比較高（如20層以上），所在地區(qū)地震。
�。�2）烈度高的結(jié)構(gòu)，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.1條：各類(lèi)結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行多遇地震作用下的抗震變形驗(yàn)算，其樓層內(nèi)最大的彈性層間位移角限值應(yīng)滿(mǎn)足：鋼筋混凝土框架為1/550，鋼筋混凝土框架一剪力墻為1/800，鋼筋混凝土剪力墻為1/1000，由于結(jié)構(gòu)的剛度要求，這時(shí)，剪力墻的數(shù)量會(huì)增多，填充墻的數(shù)量減少，這種情況下，結(jié)構(gòu)的自振周期折減系數(shù)可以取到1.0。
4.2 水平力的夾角。
SATWE總信息里，水平力夾角這個(gè)參數(shù)是指地震力，風(fēng)力作用方向與結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)的夾角，逆時(shí)針為正，單位為度。該夾角初始值為零，由計(jì)算程序自動(dòng)算出，當(dāng)建筑平面比較復(fù)雜或者結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件非正交時(shí)，需要進(jìn)行多方向驗(yàn)算。當(dāng)夾角小于l5。時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算影響不大，當(dāng)該角度不小于15。時(shí)，需把該值輸入總信息，重新進(jìn)行數(shù)檢計(jì)算。
4.3 計(jì)算振型數(shù)。
振型數(shù)的選取主要看計(jì)算結(jié)果，即振型的參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90% ，在抗震計(jì)算時(shí)，高層建筑的振型數(shù)應(yīng)適當(dāng)多取一些，一般不應(yīng)小于15個(gè)，當(dāng)有效質(zhì)量系數(shù)在90%以上時(shí)，不需再對(duì)地震作用進(jìn)行放大。
5. 結(jié)語(yǔ)
剪力墻是高層混凝土結(jié)構(gòu)中比較好的受力體系，整體性與空間作用、承載力均優(yōu)于別的體系，在滿(mǎn)足建筑平面使用的前提下，合理把握關(guān)鍵部分及次要構(gòu)件，關(guān)鍵部分加強(qiáng)，耗能部位放松，對(duì)于整個(gè)建筑物的安全及造價(jià)影響巨大，這也是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中需要不斷提高及改進(jìn)的。
參考文獻(xiàn)
[1] GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2] JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].
[3] 王艷軍.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)淺析[J].山西建筑，2010，36（5）：73～74.
