大家都知道,提高懸臂構(gòu)件的抗彎剛度,加大截面高度是最有效的。提高桁架的側(cè)向剛度,增加桁架高度也是很有效的。
對剪力墻結(jié)構(gòu),如何提高墻體的側(cè)向剛度呢?
一般的看法,如能使兩端剪力墻抗彎力臂增大,也即下圖中的a增大,則剪力墻體系的抗側(cè)剛度更大。但實(shí)際計算時,我們可能發(fā)現(xiàn)兩段墻距離越近,結(jié)構(gòu)的剛度卻越大。
平面兩段剪力墻的剛度,主要不取決于墻肢本身的剛度大小。因?yàn)樽冃问莻€合成體,有著短板效應(yīng)的特征。墻肢長度不算太短時,比如達(dá)到8倍墻厚或以上時,這個體系的抗側(cè)“短板”是連梁的彎曲變形。
I是連梁的慣性矩,矩形截面梁為bXh時,頂點(diǎn)側(cè)移可以表示為
當(dāng)連梁的剛度足夠大時,增大墻肢的間距a,可以線性地減小側(cè)移。但如果只是增大a,連梁截面不變,則增大a的同時L也在增大,反過來△又 以平方速度增大,可能得不償失。
正如某篇文獻(xiàn)所言,“單肢墻的抗彎剛度由翼緣和腹板墻共同組成,主要受墻肢長度的影響;連肢墻的抗彎剛度主要受連梁跨高比的影響,跨高比越小墻肢整體剛度越大?!?/p>
如果連梁的高度較小,雙肢墻的變形主要集中于梁的彎曲變形,反應(yīng)到整體就是剪切變形;而如果連梁的高度較大,變形則表現(xiàn)為整體結(jié)構(gòu)的彎曲變形。
根據(jù)上述剪力墻與連梁對結(jié)構(gòu)整體側(cè)向剛度的影響分析,我們可以將這個思路繼續(xù)擴(kuò)展。
在超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中,尤其是高寬比較大的結(jié)構(gòu)(參考閱讀《不可輕視的結(jié)構(gòu)高寬比》),側(cè)向剛度的控制因素主要有兩個方面,一個是豎向構(gòu)件本身的剛度(包括軸向剛度和抗彎剛度),另一個就是豎向構(gòu)件之間水平構(gòu)件的剛度。
如果整體側(cè)向剛度不足,對應(yīng)有兩種解決辦法,其一是加大豎向構(gòu)件截面,提高豎向構(gòu)件側(cè)向剛度;其二是提高豎向構(gòu)件之間的連接剛度,常用的方法是在避難層增加腰桁架或伸臂桁架。
究竟該采用哪種方法呢?其實(shí)就是要分析整體側(cè)向剛度的短板在哪里。補(bǔ)足短板才是效率最高的做法。
以上討論的,都是類似空腹桁架抵抗水平力的結(jié)構(gòu)模型。
如果采用空腹桁架抵抗豎向力,概念相近,但要轉(zhuǎn)個90°。我們可以想象一個懸挑空腹桁架,1.3D+1.5L起控制作用,此時,上下弦桿類似剪力墻,而豎腹桿則類似于連梁。豎腹桿需要平衡上下弦拉壓力形成的剪力,就像連梁需要克服巨大的剪力。
對空腹桁架來說,很多情況下,豎腹桿的抗剪承載力就是整體結(jié)構(gòu)的短板。
你看,結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,雖然是一個整體的概念,但它有著明顯的短板效應(yīng)。
除了側(cè)向剛度,結(jié)構(gòu)設(shè)計中處處體現(xiàn)著短板效應(yīng),比如樁基承載力、抗拔承載力,筏板、承臺厚度等,大家不妨細(xì)細(xì)體會。

