浅析如何设计短肢剪力墙结构

近几年人们对高层住宅平面与空间的要求越来越高，于是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——短肢剪力墙结构。该结构是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点发展而成，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。短肢剪力墙结构之所以得以普遍应用，是由于其对类似12～16层的小高层建筑结构的贡献，既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理。短肢剪力墙的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也相对较小，则传基础荷载更均匀、合理。

1，短肢剪力墙结构

短肢剪力墙结构是通常指墙肢的长度为厚度的5～8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”字型等。在《高规》规定短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。高层建筑结构不应采用全部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。

2，短肢剪力墙机构设计中应注意的问题

2.1 短肢剪力墙结构及其计算

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，它适用于各种平面布置，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5-8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，其于剪力墙框支。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力墙结构宜优先采用墙元模型软件进行计算。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

2.2 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，其于剪力墙框支。

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5层，避免高位转换。转换层上下的层刚度比γ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“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。”

2.3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，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。

3 ，小高层住宅中短肢剪力墙结构的应用

在小高层住宅中，与常用的框架——抗震墙体系相比，框架——抗震墙体系具有受力明确，计算简单等优点，但其柱子截面大，梁柱外露，影响美观和使用，在平面复杂多变的情况下结构布置体系难趋合理，结构分析计算困难。而短肢剪力墙体系，墙肢和梁可隐蔽，结构布置灵活。墙的数量和肢长根据抗侧力的需要而定，数量可多可少，肢长可长可短，还可通过不同的尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置。

同时在小高层住宅中，与常用的剪力墙体系相比，短肢剪力墙体系具有如下优点：充分利用墙肢的承载能力，避免传统剪力墙结构中墙体过长而通常为构造配筋的浪费;减轻结构自重，降低主体结构和基础造价，尤其对于地基承载力较低的地区经济效益显著;结构自振周期相对加大，弥补剪力墙体系抗侧刚度大，从而地震反应加大的缺点;主体结构中大多数墙肢呈受弯工作状态，从而保证墙体具有足够的延性：同时大多数连梁的跨高比大于2 5，保证整体刚度的同时降低连梁的自身刚度，避免连梁的剪切破坏，使连梁也具有足够的延性，以此来弥补剪力墙体系延性的不足。

4，结语：

关于短肢剪力墙结构的设计,文章主要从短肢剪力墙结构的布置、构造要求及结构设计中应注意的问题这几个方面进行论述。目前, 由于短肢剪力墙结构具有可以灵活布置,墙肢可长可短,可落地也可带转换层,房间内不会出现露梁露柱的现象等优势,且短肢剪力墙的抗震性能也优于异形柱剪力墙结构,因此它将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。总之，短肢剪力墙结构有着较大的市场需求，在设计中根据其受力的特点，充分了解其破坏的各种机理，选用合理的结构形式，其结构才能有可靠的安全保证。

参考文献：

[1] 张王送.短肢剪力墙结构的抗震设计[J].安徽建筑,2005.12(6)

[2] 于群.小高层住宅中短肢剪力墙结构的设计应用[J].中国科技信息,2005.(19A)

[3] 高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3- 2002)〔S〕1 北京:中国建筑工业出版社,20021.

[4] 建筑抗震设计规范(GB50011-2001)〔S〕1北京:中国建筑工业出版社,2001,1.

[5] 程绍革等.高层建筑短肢剪力墙结构振动台试验研究[J].建筑科学.2000,16(1):12-16.