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高层结构设计中短肢剪力墙的意义

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摘要随着人们对住房的需要,全国各地兴建起高层住宅,传统的剪力墙已经落后,而短肢剪力墙以可灵活转换、适应性大的特点,广泛应用于小高层、高层住宅建筑。但是从目前短肢剪力墙在高层建筑中的应用情况来看,在结构的抗震设计与分析方面不够科学合理,导致抗震性能不高,因此对高层建筑中短肢剪力墙的应用研究是有必要的,本文首先阐述了高层建筑中短肢剪力墙的结构设计发展趋势,然后结合实例利用有限元软件分析短肢剪力墙的抗震性能,希望给同行提供参考。

关键词:高层;短肢剪力墙;抗震;结构设计

引言

近年来随着人们对住宅,特别是小高层及多层住宅平面布置与空间的要求越来越高,原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是经过不断的实践和改进,以剪力墙为基础,并吸取框架的优点,逐步发展而形成一种能较好适应小高层住宅建筑的结构体系,即所谓“短肢剪力墙”结构体系。然而目前的短肢剪力墙普遍抗震性能薄弱,横向抗受压能力较小,容易发生墙体扭曲,造成高层建筑倒塌,所以,应该选择正确的分析软件,合理分析短肢剪力墙的结构与应用,设计适当的数目与布局,逐步改善抗震能力。

1短肢剪力墙的抗震设计中存在的问题

1.1短肢剪力墙数目设计不合理

短肢剪力墙属于新兴的小高层、高层建筑形式,部门建筑公司为了追赶时尚、提高建筑的美观性以及增加建筑建设的影响力,忽视了短肢剪力墙的横向抗震压能力薄弱的特点,会大部分甚至全部应用短肢剪力墙,大幅度减掉普通剪力墙的设计与使用。虽然给建筑施工过程降低了困难程度,也降低了成本,提高了高层建筑的艺术美感,实现了多重效果的空间设计,但是,却导致高层建筑的质量难以得到保障,在建筑的质量检测时,容易成为不合格建筑。

1.2短肢剪力墙的布局不均匀、对称

高层住房建筑需要牢固的钢筋混泥土、墙体、主干等的支持,每一层建筑的搭建都要保障重心在限定的位置,才能保证建筑主体的稳定性良好,抗震能力较强,但目前存在着短肢剪力墙布局不均匀、不对称的问题,导致高层住房建筑的重心偏移,且短肢剪力墙过于集中,出现刚性过强现象,影响了高层住房建筑的抗震性能,并限制了短肢剪力墙的发展,这样的问题,急需解决与处理。

1.3短肢剪力墙的结构计算与分析不科学

目前,高层住房建筑设计都基于一定的科学技术上,需要掌握基础的材料测试信息、建筑整体的建设目标,通过科学软件进行精准的模拟分析,设计出具有高水平的设计图纸。但是,现在存在着短肢剪力墙的结构计算不精确、分析软件选择不合理等问题。比如,短肢剪力墙的结构设计不明确,不具有科学性,不能合理的设计短肢剪力墙的厚度、高度等,导致比例不协调,建设的高层建筑整体稳定性不好,抗震能力不强,不能在地震灾区重建,不利于高层建筑的发展与进步,并且,很有可能存在着安全质量问题,有着安全隐患,危害着人们的安全;短肢剪力墙的结构分析软件现有TAT和SATWE两种计算方式,可以通过数据的输入,自动模拟分析短肢剪力墙的结构与受力的承受能力,但是两种方式侧重点不同,在短肢剪力墙抗震设计中,由于软件的选择不适当,导致短肢剪力墙的分析不全面,不能有效的提升抗震设计质量水平。

2短肢剪力墙的抗震设计发展趋势

2.1科学制定短肢剪力墙的数目

应该掌握国家关于住房建筑设计的要求,以及相关法律法规与政策,严格遵守要求来设计与施工,以国家标准为设计最低基础,通过精确的科学分析,适当的增设短肢剪力墙的数目,墙肢长度要根据尺度度量,尽量降低墙体过刚性的程度,防止墙体质量水平降低,抗震能力减小,极其容易发生横向扭曲与出现裂纹,给后期的善后工作增加负担与经济损失;或者防止墙体过于柔性,虽然能够承受较大的侧向力,但是纵向的承载能力会降低,对高层建筑的施工带来麻烦,容易造成坍塌。所以,要强化短肢剪力墙的抗震设计理念,不能一味的固守自封而忽视了新兴的短肢剪力墙的应用与研发,要正确加强短肢剪力墙的数目,能够将普通剪力墙与短肢剪力墙有机的结合与创新,充分的发挥各项优点,从墙体的纵向、横向加强抗震质量水平,提高高层建筑的整体稳定性,并合理调控剪力墙的长短,以适应最佳的空间设计与抗震性能提升方案,合理优化资源配置,保障人们的居住安全。

2.2优化短肢剪力墙的布局模式

应该加强短肢剪力墙的合理布局意识,不断提高设计者的综合素质水平,提高设计者关于短肢剪力墙的知识水平,正确选择短肢剪力墙的应用位置,避免集中使用现象出现,导致刚性过强,高层建筑横向受力能力降低,并且容易使得重心偏移位置,要不断优化短肢剪力墙的布局模式,逐步达到短肢剪力墙的均匀对称,保证重心的稳固,有效的增强短肢剪力墙的抗震性能与高层建筑的质量水平。

2.3选择适当的计算分析

抗震薄弱部位要改善短肢剪力墙的抗震性能设计,就要选择适当的短肢剪力墙分析软件,结合短肢剪力墙、普通剪力墙的结构,进行综合性的分析与比对,发现短肢剪力墙的抗震薄弱环节,并且通过有效的手法进行创新与改革,不断修复弱点,实现短肢剪力墙抗震性能的提升,以及促进高层住房建筑的整体抗震水平提升。基于此,笔者结合某工程实例利用ABAQUS有限元软件对一字型短肢剪力墙这种抗震性能较弱的构件进行抗震分析。

3短肢剪力墙抗震分析

3.1工程概况

本工程为某市一房地产公司开发的商业住宅楼,该住宅小区6#楼建筑层数为十三层,建筑总面积为13394.5m2,结构层高为3m,结构总高40m,防火分类为二类。

3.2研究目的

通过有限元分析软件ABAQUS模拟一字形的普通短肢剪力墙在地震荷载作用下的破坏时的应力云图,研究一字形短肢剪力墙抗震性能,为建筑工程设计提供参考依据。

3.3试件参数设计

模拟试验一字形截面。其截面尺寸如图1所示。抗震等级为二级,轴压比为0.3,混凝土采用C30,加强部位受力纵筋采用HRB400级,直径为12mm,箍筋采用HPB300,直径为8mm,其余纵筋采用HRB400级,直径为8mm。配箍率为0.56%,约束部位的配筋率为1.3%,其余部位配筋率为0.7%。

3.4一字型短肢剪力墙计算结果分析

由一字形普通短肢剪力墙混凝土的应力云纹图可以看出(图2),当侧移在1.875mm时,墙体加载端与下部固定端部沿对角线方向形成主压应力区,在墙的加载部位与固定端约束处应力较大。在侧移为3.125mm时,混凝土中下部出现软化现象。软化部位混凝土应力并不大,在箍筋约束间隔区,混凝土向外鼓出。在侧移为5mm时,从基础底部至2/3墙高处,混凝土大部分软化。在构件破坏时,侧移为8mm,混凝土沿墙高方向全部软化,向厚度方向和截面高度方向鼓出,墙高度降低。

4结语

目前,短肢剪力墙被广泛应用于小高层、高层工程建筑中,满足了人们对空间的理想化设计,可以适当的改变空间格局,增强艺术美感,但是,短肢剪力墙的研究较少,缺乏有效的数据支持与改善,所以应该不断加强对短肢剪力墙的测试与完善,加强抗震性能,选择适当的计算软件,分析抗震弱点,增强抗震设计的水平,科学、合理的设计数目,注意短肢剪力墙的布局均匀性,有效的提升高层建筑的质量水平,为人们提供更安全的物质基础保障。

参考文献

[1]胡克旭,赵志鹏,等.混凝土置换法在某短肢剪力墙高层住宅加固中的应用[J].结构工程师,2015,31(6):172~177.

[2]刘肖凡,李继祥.钢筋混凝土短肢剪力墙抗震性能试验及应用[J].武汉大学学报(工学版),2009.

[3]阳科.高层住宅短肢剪力墙结构设计体会[J].四川:四川建材,2015.

作者:梁宝怡 单位:广东海外建筑设计院有限公司

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