浅析高层住宅短肢剪力墙结构设计.docx

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浅析高层住宅短肢剪力墙结构设计

浅析高层住宅短肢剪力墙结构设计  近几年人们对高层住宅平面与空间的要求越来越高,于是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——短肢剪力墙结构。该结构是在原有剪力墙的基础上,吸收了框架结构的优点发展而成,在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点,受到了建筑师的肯定。短肢剪力墙结构之所以得以普遍应用,是由于其对类似12~16层的小高层建筑结构的贡献,既可以保证结构的刚度、位移,又可以使室内空间方正合理。短肢剪力墙的刚度分配、内力分配更合理,结构的变形协调导致的竖向位移差别,也相对较小,则传基础荷载更均匀、合理。  1,短肢剪力墙结构  短肢剪力墙结构是通常指墙肢的长度为厚度的5~8倍剪力墙结构,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型等。在《高规》规定短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时,应布置筒体(或一般剪力墙),形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构。  2,短肢剪力墙机构设计中应注意的问题  2.1 短肢剪力墙结构及其计算  短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中,只需按剪力墙输入即可,而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型,其中梁、柱为普通空间杆件,每端有6个自由度,墙视为薄壁杆件,每端有7个自由度(多一个截面翘曲角,即扭转角沿纵轴的导数),考虑了墙单元非平面变形的影响,按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵,引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解,它适用于各种平面布置,未知量少,精度较高。但是,薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂(如有转换层)时,也存在一些不足,主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响,当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短(一般为墙厚的5-8倍),本身较高细,更接近于杆件性能,所以,用TAT、TBSA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力,精度较高。  对设有转换层的短肢剪力墙结构,一般都只是将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地,其于剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡,由于薄壁杆件的连接处是点连接,所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此,带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件进行计算。当然,从整体上的内力(特别是下部支承柱的内力)分布情况来看,如果将剪力墙加以适当的处理,还是可以用TAT   2.2 短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱  在现代高层住宅的地下室和下部几层,由于停车和商业用房需较大空间,就得通过转换层来实现。在短肢剪力墙结构中,一般都只将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地,其于剪力墙框支。  据研究表明,“框支剪力墙结构当转换层位置较高时,转换层附近层间位移角及内力分布急剧突变,内力的传递仅靠转换层一层楼板的间接传力途径很难实现;转换层下部的‘框支’结构易于开裂和屈服,转换层上部几层墙体易于破坏。这种结构体系不利于抗震。高烈度区(9度及9度以上)不应采用;8度区可以采用,但应限制转换层设置高度,可考虑不宜超过3层;7度区可适当放宽限制。”因此,建议在6度抗震设防区,短肢剪力墙结构中转换层设置高度不宜超过5层,避免高位转换。转换层上下的层刚度比γ宜接近1,不宜超过2。转换层位置较高时,宜同时控制转换层下部“框支”结构的等效刚度(即考虑弯曲剪切和轴向变形的综合刚度),使EgJg与EcJc接近。EgJg为剪力墙结构的等效刚度,剪力墙结构高度取框支层的总高度,其平面和层高与转换层上部的剪力墙结构相同;EcJc为转换层下部“框支”结构的等效刚度。研究表明,“控制转换层下部‘框支’结构的等效刚度对于减少转换层附近的层间位移角和内力突变是十分必要的,效果也很显著。”  2.3短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计  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。因此,在短肢剪力墙结构设计中,对这些薄弱环节,更应加强概念设计和抗震构造措施。例如,短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀,使其刚度中心和建筑物质心尽量接近,以减

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