什么是剪力墻結構

【專家解說】：高層 剪力墻 異形柱隨著人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，原來普通框架結構的露梁露柱、普通剪力墻結構對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是在原有剪力墻的基礎上，吸收了框架結構的優(yōu)點，逐步發(fā)展形成了能適應人們新的住宅觀念的高層住宅結構型式，即“短肢剪力墻結構”和“異形柱框架結構”型式。這兩種新的結構由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結構的缺點，受到了建筑師的肯定，更得到了住戶與房開商的歡迎，為此，本文對這兩種新的高層住宅結構型式的受力特點、結構分析及構造要求進行闡述。   1 短肢剪力墻結構   短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度的5-8倍剪力墻結構，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。   這種結構型式的特點是：   ①結合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；   ②墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調整剛度中心的位置；   ③能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡單；   ④連接各墻的梁，隨墻肢位置而設于間隔墻豎平面內，可隱蔽；   ⑤根據(jù)建筑平面的抗側剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側力構件，較易滿足剛度和強度要求。   對短肢剪力墻結構的設計計算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結構分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，廣東省建筑設計院的廣廈CAD的SS模塊，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清華大學的TUS，廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況，精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應用較廣，但對墻肢較長的短肢剪力墻，應該用空間桿-墻組元程序進行校核。   在進行以上分析后，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，但這種結構在結構設計中仍然有需要引起重視的方面。   （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(chǎn)生大的變形，同時也形成兩道抗震設防；   （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，增大縱筋和箍筋的配筋率；   （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；   （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接近，必要時用長肢墻來調整剛度中心；   （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，連接各墻肢間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%-80%來解決，按強剪弱彎，強柱弱梁的延性要求進行計算。   2 異形柱結構   異形柱結構是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4，相對于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。   這種結構的特點是：   ①由于截面的這種特殊性，使得墻肢平面內外兩個方向剛度對比相差較大，導致各向剛度不一致，其各向承載能力也有較大差異；   ②對于長柱（H/h>4）可以不考慮剪切變形的影響，控制軸壓比較小時，受力明確，變形能力較好。而對短柱（H/h<4），剪切變形占有相當比例，構件變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍，且屬薄壁構件，即使發(fā)生延性的彎曲形破壞，也因截面曲率M/EI或εcu/χ（εcu為砼的極限壓應變，χ為截面受壓區(qū)高度）較小，使彎曲變形性能有限，延性較差；   ③異形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范圍之外，受力時要靠各柱肢交點處核心砼協(xié)調變形和內力，這種變形協(xié)調使各柱肢內存在相當大的翹曲應力和剪應力，而該剪應力的存在，使柱肢易先出現(xiàn)裂縫，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài)，它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯；   ④特別是異形柱不同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況，其延性更差。由國內外大量的試驗資料和理論分析[2]，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等，影響其破壞形態(tài)的因素有：荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長比（剪跨比），配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復雜，設計中必須通過可靠的計算和必要的構造措施來保證其強度和延性。   目前，異形柱結構設計還沒有統(tǒng)一的國家規(guī)范，僅有兩部地方性法規(guī)，即廣東省標準DBJ/T15-15-95和天津市標準DB29-16-98可供參考。