短肢剪力墙结构设计探讨

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”型式。这种结构由于在很大程度上克服了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，本文对这种高层住宅结构型式的受力特点、结构分析及构造要求进行阐述。

2短肢剪力墙结构体系的特点布置原则

短肢剪力墙体系是根据高层住宅平面特点，利用竖向交通中心区的分隔墙设置钢筋混凝土墙，组成—个基本完整的核心筒体，作为承受竖向荷载和抗侧力的主要部分。外围部分的竖向构件，视结构受力需要和建筑平面布置，在房间分割墙交点处设置适量的钢筋混凝土短肢墙。各短肢剪力墙之间布置连系梁，把这些短肢墙及核心筒体连成一个整体，构成整幢建筑的结构体系。短肢剪力墙墙肢长约为5～8倍肢宽，短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。布置形式通长采用L形，T形，也有少量十形，Z形，—字形截面。其形式随交点处建筑分割墙形式而定。也可混合布置部分长墙肢或矩形柱。

结构建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本不与建筑使用功能发生矛盾。短肢墙截面较薄，基本不突出间隔墙表面，大大改善大截面矩形柱占用使用面积及其对使用的不变，墙的数量可多可少，墙肢可长可短，视结构受力需要而定。可通过调整短肢墙不同的尺寸和布置以调整刚度大小及刚度中心的位置。能灵活布置，可选择的布置方案较多，较易处理支承楼盖的要求。楼盖可用肋型梁楼盖，也可为大跨度平面楼盖。短肢墙问的连系梁位于间隔墙竖向平面内，基本属于隐蔽型。由于减少了剪力墙而代之以轻质砌体，可减轻总重量，加快施工速度。当下部层数要求为大空间时，易通过转换结构或转换层来处理上，下部结构的关系。

短肢剪力墙除满足—般框架-剪力墙结构中剪力墙要求外，还应遵循以下原则。

(1)剪力墙的数量应当适中，满足承受竖向荷载和抗侧力需要即可。短肢剪力墙尽量均匀布置，使其轴向力相差不大，而且也便于支撑楼盖。当有抗震要求或风力较大或者平面凹凸较多时，在平面外边缘及角点处，特别是外凸部分，应布置必要的短肢剪力墙以加强其整体性，使之满足受力及平面刚性和抗扭转的要求。各短肢墙应尽量对齐，拉直，使之与连梁一起构成较规整且连梁连续数跨的抗侧力片。每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接，连梁尽可能与墙肢的竖向平面重合。墙厚不宜过厚，尽量不凸出间隔墙墙面，以采用200m，250mm，300 mm为宜。连接各墙肢的连系梁，梁宽一板与墙肢厚度相等，也可视实际情况略大于肢厚。必要时也可混合布置部分长墙肢或矩形柱。小塔楼(屋面机房)的结构形式应与主楼形式相协调，宜上下贯通，采用剪力墙或简体结构。

(2)高层建筑建筑不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时应布置筒体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构，并应符合下列规定：a. 最大适用高度应比高规表3.3.1—1中剪力墙结构的规定值适当降低且7度、8度(0.2g)和8度(0.3g)时分别不应大于100m、80m和60m。b.抗震设计时，各层短肢剪力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、三级时分别不宜大于0.45，0.5，0.55;对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。 c.抗震设计时，除底部加墙部位应按高规表7.2.6条调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。d 抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。e.短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。f.在7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘，一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。

3 短肢剪力墙结构

规范并没有将短肢剪力墙单独划分为一种结构形式，而是将其称为“短肢剪力墙较多的剪力墙结构’ 即其仅是剪力墙结构的一种特殊形式。并且明确规定，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构，其所包含的普通剪力墙(主要是指结构平面中部由剪力墙构成的筒体，如楼梯间或电梯间)不能太少。

3.1短肢剪力墙数量的上限

《高规》条规定，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%。这个规定是短肢剪力墙数量的上限，即短肢剪力墙承担的底部地震倾覆力矩不应超过总力矩的50%。

3.2短肢剪力墙数量的下限

一般情况下，短肢剪力墙较多的剪力墙结构中，短肢剪力墙承受的倾覆力矩可占结构底部总倾覆力矩的40%~50%。对于一般剪力墙结构，如果存在少量的短肢剪力墙，就不必遵守《高规》7.1.8条规定。

4 短肢剪力墙结构的计算及设计

对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆一系簿壁柱空间分析方法或空间杆一墙组元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，广东省建筑设计院的广厦CAD的SS模块，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清华大学的TUS，广东省建院的SSW等。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系一簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间杆一墙组元程序进行校核。

(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F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，会加剧已有的翘龃变形，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下，显现整体弯曲变形为主，底部外围小墙肢承受较大的烃向荷载和扭转剪力，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%一80%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。

(6)对于上部塔楼是短肢剪力墙结构，下部群房是框架一剪力墙结构的框支转换短肢剪力墙结构，应在“结构体系”设置时，按“短肢剪力墙结构”和“复杂高层结构”各计算一次，因为这类结构同时符合两类特殊结构特征，而规范对这两类结构的要求各有侧重，需要调整和加强的内容各不相同。

底部加强部位(转换部位)的框支剪力墙结构应按“复杂高层结构”的要求进行设计，上部非加强部位的短肢剪力墙应按“短肢剪力墙结构”的要求进行设计。

5 结束语

作为剪力墙结构体系的分支，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，因而在小高层住宅楼结构设计中已被广泛采用。设计短肢剪力墙结构时，应区别于一般剪力墙结构，多结合住宅特点，使结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部设计，从而做到结构设计安全、经济、