1、浅谈短肢剪力墙设计摘要：随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱、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。于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，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，即“短肢剪力墙结构”型式。这种新的结构由于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，更得到了住户与房开商的欢迎，为此，本文对这种新的高层住宅结构型式的设计进行阐述。 关键词：短肢剪力墙、地震倾覆力矩 Abstract: along with the people to the resid
2、ential, especially high-rise residential building plane and space of the increasingly high demand, the original ordinary frame structure beam Luzhu, common shear wall structure of architectural space separated strictly limited and cannot meet the requirement of people to space of house. So in the or
3、iginal foundation of shear wall, absorbs the advantages of frame structure, developed a new type of people can adapt to the residential concept of high-rise residential structure, namely “ short-leg shear wall structure “ type. This new structure is due in large part to overcome the common frame and
4、 wall structure of ordinary shear faults, the architect must, more households with housing developers welcome, therefore, the design of the new high-rise residential structure are discussed. Keywords: short shear wall, seismic overturning moment 中图分类号：Q142.9 短肢剪力墙的界定：短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的 5-8倍剪力墙结构。 短肢
5、剪力墙结构的必要条件：抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的 50% 短肢剪力墙结构的下限：当短肢墙较少时，如短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的 15% 40%，则可以按普通剪力墙结构设计。下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。 短肢剪力墙应用: 对于 1216 层的小高层建筑结构，采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理。所以短肢剪力墙结构得以普遍应用。 短肢剪力墙的受力、变形特征，类似以框剪结构。但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合
6、理。 短肢剪力墙结构抗震设计： 一工程概况 北京某工程，主体结构地上 15 层地下 2 层，建筑总面积 14400m2，开发商为了降低成本，要求设计对结构方案进行优化设计，并要求在满足安全和使用的前提下，主体结构用钢量控制在 60kg/m2 以内，为了满足开发商的要求，设计作了以下两个方案的比较，并从中优选出最优方案 二方案一：采用普通现浇钢筋混凝土抗震墙结构 本方案的特点是依据建筑平面布局设置钢筋混凝土抗震墙，对较长的墙开结构洞将其分为联肢墙，使各墙段的刚度均匀，由于抗震墙较多，可以构成整体抗侧力很强的体系，对较高建筑抗震特别有利。但若房屋高度不大，反而会造成因刚度过大而招致较大的地震作用，
7、而且造价也会增大，并非是理想的方案。 三方案二：短肢剪力墙筒体（或一般剪力墙）结构 近年来随着人们对住宅，特别是小高层及多层住宅平面不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“短肢剪力墙筒体（或一般剪力墙） ”结构体系。 “短肢”剪力墙仍属于剪力墙结构体系，只不过是采用较短的剪力墙肢，而且通常采用 T 形、L 形 、 形、 +形等。当这些墙肢截面高度与墙厚之比小于等于 3 时，它已接近于柱的形式
8、，但并非是方柱，因此称之为“异形柱” 。故从广义角度讲，宜将这种结构体系称之为“短肢剪力墙筒体（或一般剪力墙结构体系） ”。另外所谓”筒体”就是以楼电梯间所组成的钢筋混凝土核心筒；所谓“一般剪力墙”就是指墙肢截面高度与墙厚之比大于 8 的剪力墙。 本方案的特点：结合建筑平面、利用间隔墙位置来布置竖向构件，剪力墙的数量可多可少，剪力墙肢可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置；由于减少了剪力墙数量，而代之以轻质填充墙，不仅房屋总重量可以减轻，同时也可适当降低结构刚度，使地震作用减小，这不仅对基础设计有利，而且对结构抗震较为有利，同时也可降低工程造价，还可
9、加快施工进度.这种结构体系通常视建筑平面及抗侧力的需要，将中心竖向交通区处理成为筒体，以承受主要水平力。 对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆-系薄壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，我认为采用三维空间杆-墙组元分析方法计算模型更加符合实际情况，计算精度较高。本方案内力分析采用三维空间有限元分析软件 SATWE 程序计算。 从以上两种方案计算结果分析可以看出，无论是结构受力还是经济指标，第二方案均优于第一方案 另外对有底部大空间要求的转换层剪力墙结构，规范要求转换层上.下层的刚度比尽量接近 1，抗震设计时小于 2。通常设计时，
10、为满足此要求，增加转换层以下层的剪力墙数量（面积）是最有效和最合理的，但这往往受到限制，提高混凝土强度等级所产生的效果比较有限，因此设计中只能通过减小转换层以上的剪力墙数量（面积）来达到减小上部抗侧刚度的目的，而减少上部剪力墙面积的有效方法之一就是将上部剪力墙设计成短墙肢。这样既能有效的减小上部结构的抗侧刚度，又能减轻结构自重及地震力作用，达到安全经济的目的。 四，在设计有关短肢剪力墙筒体（或一般剪力墙）结构时应注意的一些问题 由于短肢剪力墙抗震性能差，在地震区应用经验不多，因此在设计时，首先要选则适合的计算软件，合理地选则计算分析方法，确定计算模型和相关参数，并加强对计算结果合理性判断，特别
11、要加强概念设计。对一些不利部为加强构造措施，在符合规范要求的情况下，短肢墙是没问题的。这就好比纯框架结构，对地震来说也是不利的结构形式，但大家不也一直在用。所以任何一种结构体系都有它的适用范围，只要我们能合理设计，安全应该没问题。 1高层点（板）式住宅采用短肢抗震墙结构体系，只要抗侧力构件布局合理仍然是比较理想的一种结构体系，但在地震区，高层建筑中，剪力墙不宜过少，墙肢不宜过短，因此不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑，要求设置剪力墙筒体（或一般剪力墙） ，形成短肢剪力墙与筒体（一般剪力墙）共同抵抗水平力的结构。 2短肢墙的布置合理、对称、均匀、力求质量中心与刚度中心重合，短肢墙布置应以 T 形、
12、L 形 、 形、 +形为主，这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。 3.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，因此应加墙其抗震构造措施，如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。 4主要抗侧力结构筒体（或长墙）一般利用楼、电梯间，但要注意刚度的均衡性，不要集中在一处布置使建筑产生过大的扭转效应，同时筒体要有足够的刚度，其平面尺寸不宜过小，要使筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，形成多道抗震防线，为了确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计，短
13、肢墙之间的梁净跨不宜过小（一般取 46M） ，使其具有一定的耗能作用。 5短肢墙受力以承担竖向荷载为主，承担水平荷载为辅，其截面尺寸要适当，墙肢截面高度与厚度之比宜在 58 左右为好，且墙厚不小于200MM，当墙肢截面高度与厚度比小于等于 3 时，应按柱的要求进行设计，短肢墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于 0.5、0.6、0.7。对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，因其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低 0.1。 6.短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用，主要目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性。 7各短肢墙应尽量对齐、
14、拉直，使之与连梁一起构成较规则且连续均匀的抗侧力片。并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接。 8短肢墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可以通过不同尺寸和布置调整刚度和刚度中心位置。 9短肢剪力墙筒体（或一般剪力墙）结构体系，电算分析力学模型建议采用高层建筑结构空间有限元分析软件 SATWE，短肢剪力墙结构体系考虑，各部位宜取两种力学模型分析结果的不利工况，短肢墙之间的梁应根据跨高比的不同分别按连梁、框架梁计算内力和配筋， （既一般情况下当短剪力墙洞口形成的跨高比小于 5 的连梁，应按连梁进行设计；当跨高比不小于 5 时，宜按框架梁进行设计） ，短肢墙仍属于剪力墙的范畴，配筋可采用一般剪力墙的计算方法，但是对于长宽比小于 3 的短肢墙则必须按柱的方法进行设计。注意整体计算需考虑填充墙对建筑基本自振周期影响，折减系数可取 0.80.9 10.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%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。
