短肢剪力墙结构设计

浅析短肢剪力墙结构设计
摘要:短肢剪力墙结构体系在原有剪力墙结构体系的基础上，吸收了框架结构体系的优点，具有较强的实用性。

本文主要从短肢剪力墙结构的布置原则和特点、短肢剪力墙结构的判定、短肢剪力墙结构设计应注意的问题及短肢剪力墙结构的构造要求进行阐述。

关键词:短肢剪力墙;设计;分析
1前言
短肢剪力墙结构是剪力墙结构中的一种,多用于高层及小高层
住宅建筑。

短肢剪力墙结构的大多数墙肢相对较短,常用的有“t”字型、“l”型、“十”字型、“z”字型、折线型、“一”字型。

近年来,随着人们对住宅空间及舒适度的要求越来越高,原来普通框架
结构的露柱露梁、影响房间美观；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。

从结构方面，比较一下普通剪力墙结构和框架结构的优缺点，普通剪力墙结构结构整体刚度大，安全，但是自重大，地震力大。

建筑布置不灵活；框架结构布置灵活，但是结构刚度小；而短肢剪力墙结构就是结合两者的优点，克服了各自的缺点，使建筑房间功能布置偏于灵活，容易获得大的建筑空间，受到了建筑师的肯定。

另外，从经济方面，短肢剪力墙结构降低了钢筋和混凝土的用量。

深受开发商的喜爱，所以越来越广泛的应用于实际工程。

本文主要阐述了小高层住宅中应用短肢剪力墙结构的设计应用。

2短肢剪力墙结构布置原则
进行短肢剪力墙布置的时候，应注意使结构的刚度适宜，传力路径明确，结构专业应较早地介入建筑专业的方案设计，使结构布置既能满足建筑功能的要求，又能做到经济合理，
(1)短肢剪力墙总的布置原则是：均匀、分散、对称、周边。

均匀、分散是要求每片剪力墙的抗侧刚度相差不大，避免一、二片刚度特大的剪力墙受力过于集中。

对称布置，可使质心和刚心重合，这样可以避免和减少建筑物受到的扭矩。

剪力墙靠近结构单元的周边布置，可增大房屋的外围刚度，从而减小结构的扭转周期。

(2)高层建筑不应全部是短肢剪力墙结构，若短肢剪力墙较多，可在竖向交通中心区布置筒体或一般剪力墙来共同抵抗水平力。

(3)短肢剪力墙应布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处，但不必在每个墙交接处设短肢墙。

满足竖向荷载和抗侧力的需要既可。

(4)短肢墙的数量和长短可根据结构受力的需要来确定。

可由基本自振周期来判断剪力墙布置是否合理。

(5)短肢墙应尽量对齐、拉直，以便和连梁构成抗侧力片。

(6)在外凸部分，平面外边缘和角点处，容易产生大的应力集中，应设短肢墙以满足平面刚性和抗扭的要求。

(7)采用普通楼板时，短肢剪力墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大，否则应采用预应力楼板。

在平面外边缘及
角点处,特别是外凸部分,布置必要的短肢墙,既有利于梁的支撑,
又可以分散荷载,以加强其整体性和满足平面刚性的要求。

(8)每道短肢墙宜与两个方向的梁连结,连梁尽可能布置在墙肢的竖平面内;连梁宽度一般宜与墙肢厚度相等;墙肢不宜过厚,以采用200 mm、250 mm或300 mm为宜;可以混合布置部分较长的墙或矩形柱。

3短肢剪力墙结构体系的特点
(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。

(3)在结构布置方面灵活性及可调整性大,可选择的方案较多,
较易处理楼盖的支承。

(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,较易满足刚度和强度要求。

4短肢剪力墙结构的判定
根据《高规》7.1.2条，短肢剪力墙较多时，形成短肢剪力墙与筒体（一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构，称之为短肢剪力墙结构。

短肢剪力墙结构的判定也就是对“较多”的理解，这一点规范并没有明确规定，各地的要求也不尽一致。

关于“较多”的
理解，规范专家组给出的解释是这样的，短肢剪力墙承受的第一振型的底部地震倾覆力矩大于40%的结构总底部地震倾覆力矩，同时《高规》7.1.2条第2条称：抗震设计时，筒体及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%。

即当短肢剪力墙承受的第一振型的底部地震倾覆力矩为40~50%结构总底部地震倾覆力矩时，判定为短肢剪力墙结构。

有些审图单位认为抗倾覆力矩达到20%时就该定为短肢剪力墙结构，或是调整结构方案。

而pkpm计算程序只是可以自动判断某墙肢是否是短肢剪力墙，而不能判断结构是否为短肢剪力墙结构，所以需要设计人员自己先在总信息中的“结构体系”选择为“短肢剪力墙结构”计算完后，打开“wv02q.out”文件，查看短肢剪力墙所承担的倾覆力矩占多少，来判定是否为短肢剪力墙结构体系。

不同地区的标准不同，设计应参考当地的标准设计。

5短肢剪力墙结构设计应注意的问题
(1)建筑平面长宽比宜控制在适宜的范围内，因为平面过于狭长的建筑物在地震时，由于两端地震波输入的位移差而产生的不规则振动引起的扭转效应是不容忽视的。

对建筑物的抗震作用是非常不利的。

(2)应采取三维计算方法进行结构的动力特性分析和杆件内力计算。

这时对于竖向构件又有薄壁杆模型与墙元模型,前者是一种简化模型,但精确度较低;后者是板元与膜元的组合,是一种高精度
力学模型。

（3）在高层住宅设计中，两个主轴方向的布置应互相协调，使上部合力中心尽可能与刚度中心重合，减小偏心距，偏心率不宜大于10%，减弱结构扭转产生的不利影响。

（4）短肢剪力墙结构中，不应全部是短肢墙，应布置一定数量的普通剪力墙或筒体，使其达到抵抗50%以上墙底弯矩的能力。

(5)短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢,特别是“一字形”短肢剪力墙,可出现先于与其相连的梁破坏的情况。

如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂。

因此,设计时应采取必要的措施,如对位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比,增大纵筋和箍筋的配筋率,加强小墙肢的延性抗震性能,避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙,以保证结构的安全性、实用性。

（6）短肢剪力墙的连梁应进行正截面极限承载力计算和斜截面抗剪极限承载力计算。

目前,短肢剪力墙正截面极限承载力计算多采用构建截面分析的一般方法——全过程分析方法;连梁的正截面配筋,按矩形截面构件计算,取上、下配筋的较大值, 按对称配筋置于梁截面上、下部位,按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿全跨加密设置。

另外,短肢剪力墙的连梁在进行抗震设计时,其弯矩和剪力进行塑性调幅,以降低其剪力设计值;当部分连梁降低弯矩设计值后,应相应提高其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值;为避免在使用过程中
连梁中裂缝开展过早、过大,当内力计算时连梁的刚度已经折减,则应限制其调幅的范围或不再调幅。

（7）控制短肢墙体系的扭转效应，结构的刚心是结构抗侧力构件恢复力合力的作用点。

结构的质心是地震惯性力合力作用点的位置，质心就是重心，重心可用材料力学求重心的方法求出。

不对称结构，在地震作用下除了发生平移振动外，还会发生扭转振动。

引起扭转振动的主要原因在于结构的质心和刚心不重合，质心和刚心的偏离会引起楼层相对平移，还引起楼层的转动，楼层扭转产生的位移和平移产生的位移叠加，可使层间位移难以满足要求，导致不利位置结构构件的破坏。

设计时可以通过调整短肢剪力墙的尺寸和布置来调整刚度大小和刚度中心的位置。

6短肢剪力墙结构的构造要求
短肢剪力墙结构的构造要求与一般剪力墙结构一样。

短肢剪力墙一般适用于“小高层”结构。

由jgj3-2002中第7.2.17条，4级抗震的剪力墙端部暗柱可设，也可不设。

目前各设计院在短肢剪力墙的结构设计中有2种形式：一种是端部做暗柱，设置剪力墙水平和竖向分布筋；另一种有点类似异形柱的配筋方法，以腹部均匀配筋，腹部钢筋面积根据电算时人为设置竖向分布筋的配筋率来计算，电算出的暗柱钢筋面积放在端部。

这2种配筋形式何种更为有利，需视实际情况而定。

对于肢长较短的短肢剪力墙，后者的配筋形式较为简化，有利施工，且用钢量稍偏优；对于肢长较长的短肢
剪力墙，应采用前者的配筋形式设暗柱。

综上所述,文章主要从短肢剪力墙结构的布置、计算分析、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,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，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，其结构才能有可靠的安全保证。

随着小高层建筑的逐渐发展和人们对住宅使用功能要求的逐步提高,短肢剪力墙结构将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。