1、1高层建筑短肢剪力墙结构设计探讨摘要：随着新型墙体材料的不断开发和应用，现代高层住宅建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱、梁壳，短肢剪力墙结构体系在高层住宅中的应用越来越广泛。本文探讨了高层建筑短肢剪力墙结构设计。 关键词：小高层；建筑；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： 短短肢剪力墙体系是有广东建筑设计研究院原总工程师容柏生创建的一种新型的高层住宅体系，由一般剪力墙体系发展而来，吸取了异形柱框架结构的优点，结构布置较为灵活，造价相对较低，经济效益显著。目前在工程实践中，开发商常规定建筑结构的用钢量，短肢剪力墙体系较好的适应了这一市场
2、需求。采用这种体系，利用间隔墙位置来布置短肢墙，利用中部的电梯间、楼梯间形成一般剪力墙或筒体，在短肢剪力墙平面内布置连梁，形成了短肢剪力体系的骨架，抗侧刚度的要求较易满足，也形成了两道抗震设防。 一、 短肢剪力墙结构的判定与优点 在实际中,由于 L 形、T 形、十字形和 z 形的短肢剪力墙的大量应用，比一字形短肢剪力墙的抗震性能强，延性及平面外稳定性较好,所以规范要求短肢剪力墙尽可能设置翼缘。PKPM(结构计算软件)规定，短肢剪力墙必须是不超过两个墙肢且每个墙肢高厚比都小于 8 的剪力墙，软件按2此定义搜索和判断短肢剪力墙。一般的高层住宅,如果采用框架结构，由于结构中柱的局部突出的原因会影响整
3、个结构的平面布局和美观效果。采用一般剪力墙结构,又很难满足业主要求住宅底部有停车场等公共设施的建筑需求。所以对于高层住宅来说，高层建筑往往会使建筑的结构刚度加大，有效质量也随之加大，对地震作用也较大。短肢剪力墙结构能够克服了上述缺陷，它依据自身的平面灵活性来调整结构的理想刚度，形成了一种短肢剪力墙为主的“ 短肢”剪力墙结构体系。 二、短肢剪力墙结构布置 短肢剪力墙属于剪力墙的一种, 所谓短肢 剪力墙, 即指墙肢截面高度与厚度之比为 5 8 的剪力墙, 小墙肢剪力墙的布置, 通常结合窗间墙位置及房间四角等布置成“一”字形、 “L” 形、“T” 形或“十” 字形墙段, 沿结构平面均匀布置, 尽量做
4、到对齐、拉直, 使结构的刚心和质心结合, 减少其扭转。短肢剪力墙的抗侧刚度相对较小,所以, 经常在楼、电梯周围布置普通剪力墙, 形成筒体和短肢剪力墙共同抵抗侧力, 在抗震设计中, 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底部地震倾覆力矩的 50%。也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置, 短肢剪力墙的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘角部处的墙肢, 当有扭转作用时, 会加剧墙肢的变形,使角部墙肢首先开裂, 所以, 设计时应采取必要的措施,如减小轴压比, 增大纵筋和箍筋的配筋率等, 以保证结构的安全性、实用性。而对由于较大的竖向荷载和剪力使底部外围墙肢产生开裂, 也应通过增加墙厚
5、和配筋量等方法防止。 3三、短肢剪力墙结构体系的设计 由于短肢剪力墙结构抗震性能较差, 因此在设计时, 首先要选择适合的计算软件, 合理地选择计算分析方法, 确定计算模型和相关参数, 并加强对计算结果合理性判断，特别要加强概念设计。对一些不利部位要加强构造措施, 在符合规范要求的情况下， 短肢剪力墙结构体系是没问题的。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, 安全是应该没有问题的。 1、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; 2、 短肢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
6、的传递仅靠转换层一层楼板的间接传力途径很难实现; 转换层下部结构易于开裂和屈服, 转换层上部几层墙体易于破坏。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 5 层, 避免高位转换; 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一般利用楼、电梯间等, 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
7、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4筒相连的连梁按强剪弱弯设计, 短肢墙之间的梁净跨不宜过小, 使其具有一定的耗能作用; 5、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; 6、 各短肢墙应尽量对齐、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; 7、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; 8、短肢墙受力以承担竖向
8、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; 9、 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; 10、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情况, 短肢墙之间的梁应根据
9、跨高比的不同分别按连梁、框架梁计算内力和配筋( 即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5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。 四、注意的问题 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；短肢剪力墙结构的抗震薄弱
10、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；高层短肢剪力墙结构在水平力作用下，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；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
11、低，应按普通框架梁要求，控制混凝土压区高度，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。 总之, 短肢剪力墙结构有着较大的市场需求, 在设计中只要根据其受力特点, 充分了解其破坏的各种机理, 选择合理的布置形式, 选用适合的计算分析方法及计算软件,确定正确的计算模型和相关参数, 按照规范进行设计, 同时强调概念设计, 对一些不利部位加强构造措施, 短肢6墙的安全就没有问题。同时短肢剪力墙结构体系由于自身的多种优点, 必将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。 参考文献： 1 王博彦.建筑工程中短肢剪力墙结构设计的探究J. 中国城市经济. 2011(01) 2 吴志伟.钢筋混凝土短肢剪力墙结构设计研究J. 科技资讯. 2011(02) 3 刘加良.浅议高层建筑短肢剪力墙结构设计J. 科学之友. 2011(02) 4 许建仁.建筑工程施工中短肢剪力墙结构设计研究J. 科技资讯. 2011(04)
