短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的4-8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。
这种结构形式的特点是:
①结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本上不与建筑使用功能发生矛盾;
②墙的数量可多可少,肢长可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置;
③能灵活布置,可选择的方案较多,楼盖方案简单;
④连接各墙的梁,随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内,可隐蔽;
⑤根据建筑平面的抗侧刚度的需要,利用中心剪力墙,形成主要的抗侧力构件,较易满足刚度和强度要求。
对短肢剪力墙结构的设计计算,因是剪力墙大开口而成,所以基本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法,前者如建研院的TBSA、TAT、广东省建筑设计院的广厦CAD的SS模块;后者如建研院的TBSSAP、SATWE、清华大学的TUS、广东省建院的SSW等。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广,但对墙肢较长的短肢剪力墙,应该用空间杆-墙组元程序进行校核。
在进行以上分析后,按《高层建筑结构设计与施工规范》进行截面与构造设计,相对于异形柱结构,短肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟,但这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。
◎由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小,设计时宜布置适当数量的长墙,或利用电梯,楼梯间形成刚度较大的内筒,以避免设防烈度下结构产生大的变形,同时也形成两道抗震设防;
◎短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢,当有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂,应加强其抗震构造措施,如减小轴压比,增大纵筋和箍筋的配筋率;
◎高层短肢剪力墙结构在水平力作用下,呈现整体弯曲变形为主,底部外围小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力,由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂,因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量,加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接,避免形成孤立的“一”字形墙肢;
◎各墙肢分布要尽量均匀,使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近,必要时用长肢墙来调整刚度中心;
◎高层结构中的连梁是一个耗能构件,在短肢剪力墙结构中,墙肢刚度相对减小,连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁,而不同于一般剪力墙间的连梁,不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调,使其设计内力降低,应按普通框架梁要求,控制砼压区高度,其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70~80%解决。按强剪弱弯、强柱弱梁的延性要求进行计算, 剪力墙的计算。 ①建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时,这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载,同时承担风力或地震作用传来的水平地震作用,剪力墙即由此而得名(抗震规范定名为抗震墙)。
②剪力墙是建筑物的分隔墙和围护墙,因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。
③剪力墙结构体系,有很好的承载能力,而且有很好的整体性和空间作用,比框架结构有更好的抗侧力能力,因此,可建造较高的建筑物。
④剪力墙结构的优点是侧向刚度大,在水平荷载作用下侧移小,其缺点是剪力墙的间距有一定限制,建筑平面布置不灵活,不适合要求大空间的公共建筑。另外结构自重也较大,灵活性差,一般适用住宅、公寓和旅馆。
⑤剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板,可以不设梁,所以空间利用比较好,可节约层高。 ①框架-剪力墙结构:由框架与剪力墙组合而成的结构体系,适用于需要有局部大空间的建筑,这时在局部大空间部分采用框架结构,同时又可用剪力墙来提高建筑物的抗震能力,从而满足高层建筑的要求。
抗震墙竖向、横向分布钢筋的配筋,应符合下列要求:
1.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级抗震墙的竖向和横向分布钢筋最小配筋率均不应小于0.25%;四级抗震墙不应小于0.20%;钢筋间距不应大于300mm,直径不应小于8mm。
2.部分框支抗震墙结构的抗震墙底部加强部位,纵向及横向分布钢筋配筋率均不应小于0.3%,钢筋间距不应大于200mm。
②普通剪力墙结构:全部由剪力墙组成的结构体系。
③框支剪力墙结构:当剪力墙结构的底部需要有大空间,剪力墙无法全部落地时,就需要采用底部框支剪力墙的框支剪力墙结构。 平面布置
剪力墙结构中全部竖向荷载和水平力都由钢筋混凝土墙承受,所以剪力墙应沿平面主要轴线方向布置。 矩形、L形、T形平面时,剪力墙沿两个正交的主轴方向布置; 三角形及Y形平面可沿三个方向布置; 正多边形、圆形和弧形平面,则可沿径向及环向布置。 单片剪力墙的长度不宜过大: 长度很大的剪力墙,刚度很大将使结构的周期过短,地震力太大不经济; 剪力墙以处于受弯工作状态时,才能有足够的延性,故剪力墙应当是高细的,如果剪力墙太长时,将形成低宽剪力墙,就会易受剪破坏,剪力墙呈脆性,不利于抗震。故同一轴线上的连续剪力墙过长时,应用楼板或小连梁分成若干个墙段,每个墙段的高宽比应不小于2。每个墙段可以是单片墙,小开口墙或联肢墙。每个墙肢的宽度不宜大于8m,以保证墙肢是由受弯承载力控制,和充分发挥竖向分布筋的作用。内力计算时,墙段之间的楼板或弱连梁不考虑其作用,每个墙段作为一片独立剪力墙计算。