1、1短肢剪力墙结构设计摘要：短肢剪力墙结构在现代住宅建筑中应用越来越多，本文在工程实践基础上，分析这种结构型式的特点、适用范围、计算方法等，指出在结构设计中应注意的一些问题。 关键词：短肢剪力墙；结构设计 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 近年来，随着人们对住宅，特别是小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的需求。在这样的情况下，由于钢筋混凝土短肢剪力墙结构具有墙肢可灵活布置，房间内无露梁露柱的现象，给建筑较大的灵活空间，剪力墙数量较少，减轻了自重，减小了水平地震作用，降低了钢筋混凝土的用量等优点
2、，因此得到了广泛运用。 1 短肢剪力墙结构 短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的 58 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。 这种结构型式的特点是： （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； 2（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
3、足刚度和强度要求。 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： (1)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； (2)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； (3)高层短肢剪力墙结构在水平力作用
4、下，显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； (4)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； (5)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3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%
5、80%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。 2 短肢剪力墙结构计算 短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在 TAT、TBSA 中，只需按剪力墙输入即可，而且 TAT、TBSA 更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA 所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有个自由度（多一个截面翘曲角，即扭转角沿纵轴的导数） ，考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解，它适用于各种平
6、面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂（如有转换层）时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短（一般为墙厚的倍） ，本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用 TAT、TBSA 计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。 对设有转换层的短肢剪力墙结构，一般都只是将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙为框支结构。框支剪力墙是受力面向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆4件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此，带有转换层的短肢剪
7、力墙结构宜优先采用墙元模型软件（如 SATWE）进行计算。当然，从整体上的内力（特别是下部支承柱的内力）分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用 TAT、TBSA 对结构进行整体计算的。 3 短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱 在现代高层住宅的地下室和下部几层，由于停车和商业用房需较大空间，就得通过转换层来实现。在短肢剪力墙结构中，一般都只将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙为框支结构。 据研究表明， “框支剪力墙结构当转换层位置较高时，转换层附近层间位移角及内力分布急剧突变，内力的传递仅靠转换层一层楼板的间接传力途径很难实现；转换层下部的“框支”结构易于
8、开裂和屈服，转换层上部几层墙体易于破坏。这种结构体系不利于抗震。高烈度区（9 度及9 度以上）不应采用；8 度区可以采用，但应限制转换层设置高度，可考虑不宜超过 3 层；7 度区可适当放宽限制。 ”因此，建议在 6 度抗震设防区，短肢剪力墙结构中转换层设置高度不宜超过层，避免高位转换。转换层上下的层刚度比 宜接近 1，不宜超过 2。转换层位置较高时，宜同时控制转换层下部“框支”结构的等效刚度（即考虑弯曲剪切和轴向变形的综合刚度） ，使 EgJg 与 EcJc 接近。EgJg 为剪力墙结构的等效刚度，剪力墙结构高度取框支层的总高度，其平面和层高与转换层上部的剪力墙结构相同；EcJc 为转换层下部
9、“框支”结构的等效刚度。研究表明， “控制转换层下部“框支”结构的等效刚度对于减少转换层附近的层间位移角和内力突变是十分必要的，效果也很显著” 。 5规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱。框支剪力墙结构当转换层位置较高时，如何定义框支柱，涉及到安全与经济的问题。根据圣维南原理，局部处理的影响只限于局部范围，所以当转换层位置较高（如高位转换）时，除转换层附近楼层的内力较复杂外，下面的结构受到的影响很小，应与普通框架结构基本一样，不必按框支柱处理。根据相关资料，计算了两个,28 层的结构，一为内筒外框架结构，一为内筒外框支结构，转换层设在 18 层。计算结果表明，转换层下二层的内力
10、影响很大，下三层的内力误差最大为 15%，下五层的内力已比较接近（最大误差小于 10%）,下八层的内力已基本一样（最大误差小于 5%） 。这说明框支柱只需在五层范围内加以考虑，其它层的柱子按普通框架柱处理即可。因此，建议当转换层位置不超过五层时，转换层下的各层柱均按框支柱处理；当转换层位置超过五层时，转换层下相邻的五层柱按框支柱处理，而其它层的柱按普通框架柱处理。由于高位转换对抗震不利，所以结构设计中应尽量避免高位转换。 4 短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计 振动台模拟地震试验结果表明，建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建
11、筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在短肢剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，6更应加强概念设计和抗震构造措施。例如，短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度（宜取 250mm，对底部外围的小墙肢根据需要可取用 300mm） ，加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比不超过 0.6，以提高墙肢的承载力和延性；高层结构中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；短肢剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求等。 结束语 对于新兴的短肢剪力墙结构，结构工程师在设计中应充分重视概念设计，根据其受力的特点，充分了解其破坏的各种机理，合理、对称、均匀地布置短肢墙，正确掌握计算机分析方法和截面设计，并不断地总结经验，才能设计出安全、经济、合理的建筑结构。
