1、论短肢剪力墙结构设计摘 要：在多年高层建筑工程设计基础上，本文对短肢剪力墙结构设计体系的特点、结构计算、及结构设计注意事项作简要的论述. 关键词：短肢剪力墙特点；结构计算；设计注意事项； 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 随着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，即短肢剪力墙结构体系。短肢剪力墙结构能较好地满足现代住宅建筑的要求，因而逐渐得到了推广应用。 1、短肢剪力墙结构的特点
2、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墙肢（短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为 58 的剪力墙）,而且通常采用 T 形、L 形 、 形、 +形等。特点是可利用间隔墙位置来布置短肢剪力墙，布置灵活，可调整性大，容易满足建筑功能要求。结合建筑平面，可通过不同尺寸和布置来调整刚度和刚度中心的位置。另外，由于剪力墙缩短，代之以轻质砌体，房屋总重量减轻，降低了结构刚度，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。 短肢剪力墙的受力特点： (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
3、内筒，作为主要的抗侧力构件，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也可形成两道抗震设防。 (2)短肢剪力墙一般情况下较为高细，破坏形态由受弯承载力控制，延性较好。 (3)短肢剪力墙结构体系中的连梁跨高比较大，以受弯破坏为主，地震作用下首先在弱连梁两端出现塑性铰，能起到很好的耗能作用。 (4)短肢剪力墙是一种强肢弱梁型的联肢墙，在大部分情况下连梁首先开裂，然后墙肢开裂。对于连梁跨度较大，刚度较低的部分剪力墙不能形成联肢墙，这部分墙肢受力接近于整截面墙。 (5)墙肢的翼缘和腹板相交处应力集中现象明显，出现明显的上下贯通裂缝。 （6）当底部为大空间而需设置转换梁时，因其墙肢长度比转换梁短得多，且往往
4、梁支座上没有墙肢，此时转换梁上的墙体不能形成起拱作用，即这种转换梁不是拉弯构件，而是受弯构件。 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。短肢剪力墙结构由于肢长较短，本身较高细，更接近于杆件性能，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 6个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有 7 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
5、各种平面布置，未知量少，精度较高。因此，TAT、TBSA 更适合用来计算短肢剪力墙结构。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，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递，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，因此，带转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件（如 SATWE）进行计算。 高规对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱。因此，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
6、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。文献6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
7、计中应尽量避免高位转换，对此，高规有详细规定。4、短肢剪力墙结构设计注意事项 （1）短肢剪力墙体系主要抗侧力结构筒体（或长墙）一般利用楼、电梯间，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。但要注意刚度的均衡性，避免个别长墙刚度相对过大，使受力过于集中。应保证在强震作用下，即使个别长墙或筒体出现刚度退化时，其余的短肢墙仍具有足够的刚度以保证“大震不倒”的设防要求。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。 （2）短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边
8、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。尤其近年来，建筑师在设计时常常根据市场需要设计转角窗，使结构阳角部分无法布置剪力墙，对结构抗扭更加不利。因此，结构设计时需对此转角窗采取加强措施：转角折梁与转角相交剪力墙统一做成悬臂梁，加大其断面和配筋，还应采用暗梁连接转角窗两边墙肢，加强整体性，并加大转角窗边剪力墙暗柱配筋和长度及转角窗处楼板的配筋和板厚。 （3）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
9、墙肢应加大厚度和配筋量，加强小墙肢的延性抗震性能。特别是底部加强区孤立的一字墙肢，抗震破坏最严重，应适当加大墙厚或提高混凝土等级，并采取严格配筋构造：中间段纵向钢筋应按抗扭纵筋来考虑，不宜简单当成分布筋；全截面配筋不宜小于相同抗震等级框架柱规范要求最小配筋率。 （4）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，必要时用长肢墙来调整刚度中心；短肢墙布置应以 T 形、L 形 、 形、+形为主，这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。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体。 （5）短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。在短肢
10、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。 （6）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.
11、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。 （7）剪力墙相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间应避免小墙肢, 试验表明: 墙肢宽度与厚度之比小于 3 的小墙肢在反复荷载的作用下 , 比大墙肢开裂早， 即使加强配筋, 也难以防止小墙肢的较早破坏。 （8）短肢剪力墙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。 （9）对于短肢剪力墙的剪力设计值，不仅底部加强部位应按规范调整，其他各层也要调整，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数 1.4 和1.2，主要目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。 （10）短肢剪力墙结构其最大适用高度应
12、比剪力墙结构降低, 7 度抗震设计最大高度为 100m, 8 度为 60m, B 级高度高层建筑和 9 度抗震设计的 A 级高度的高层建筑, 即使设置筒体, 也不应采用短肢剪力墙体系。 （11）由于外墙面钢筋混凝土短墙肢之间填充墙与钢筋混凝土墙的变形模量不同，在二者交界处易产生裂缝，通常采取的措施是在做粉刷时，在二者交界面处附粘一层玻璃丝布，使应力平缓过渡。 结束语: 短肢剪力墙结构设计应重视结构概念设计，根据具体情况作出合理判定，满足规范要求。短肢剪力墙体系具有良好的性价比，随着结构设计技术的不断提高,在房地产市场上必将受到更多的投资者和消费者的青睐。 参考文献： 1JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程S. 2荣柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系J 建筑结构学报 1997，12:14-19.
