短肢剪力墙结构设计问题分析

短肢剪力墙结构设计问题分析

发表时间：2012-12-04T14:32:49.873Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年7月供稿作者：邱进锋

[导读] 对于高层住宅，采用框架结构时，柱的局部突出而影响结构的平面布局和美观效果。

邱进锋广东中誉设计院有限公司 511515

摘要：短肢剪力墙结构，准确应称其为较多短肢的剪力墙结构，它有利于住宅建筑的布置，又可进一步减轻结构自重，从而降低了基础及上部结构的造价，深得建筑发展商的青睐，得到了广泛的应用。

关键词：短肢剪力墙结构设计设计要求

随着我国住宅的大量建设和发展，一种近年来在住宅中应用较多的结构形式——短肢剪力墙结构，以其结构的自重轻，建筑布置灵活，经济性价比高，而得到广泛的应用，但是由于短肢剪力墙抗震性较差，地震区应用经验相对不多，考虑高层住宅建筑的安全性，我国结构规范中明确指出，不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑，要求设置剪力墙筒体或一般剪力墙，形成共同抵抗水平力的结构。

1 短肢剪力墙的定义及其特点

对于高层住宅，采用框架结构时，柱的局部突出而影响结构的平面布局和美观效果。采用一般剪力墙结构，很难满足底部有停车场等公共设施的建筑需求。同时，对于小高层住宅来说，采用小高层往往使结构刚度加大，有效质量也随之加大，从而使得地震作用较大。短肢剪力墙结构克服了上述缺陷，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。

短肢剪力墙是剪力墙的一种，通过采用 T 形、L 形、十字形等的墙肢。这些墙肢主要分布于房间分隔墙的交点处，并视抗侧力的需要和分隔墙形式而布置适当数量的各种形式的短肢墙，并在各墙肢处布置连梁，把这些短肢墙连结成一个整体，而未利用部分的剪力墙中的间隔墙则用轻质砌体填充。短肢剪力墙的主要特点有：

（1）墙肢较短，具有较强的灵活性及可调整性，容易满足建筑空间和平面布局的要求

（2）墙的数量可多可少，墙肢可长可短，主要由抗侧力需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置；

（3）造价相对普通剪力墙结构低，满足建筑节能的要求；

（4）可开较大的洞口，建筑可获得较好的采光和通风效果；轻质砌体代替减少了的剪力墙，减小结构整体刚度，减轻结构自重，降低地震作用

（5）墙肢高宽比较大，故水平荷载作用下墙体的破坏一般外弯曲破坏，属延性破坏；

（6）连梁跨高比较大，以弯曲破坏为主，地震作用下首先在弱连梁两端出现塑性铰，耗能性能较好；

（7）合理的短肢剪力墙设计可使墙的承载力得到充分的发挥，灵活的调整性很容易使得结构的质心与重心接近或重合。

2. 短肢剪力墙的设计要求

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）（以下简称《高规》）条文说明中对短肢剪力墙的评价是抗震性能较差，地震区应用经验不多。为安全起见，《高规》7.1.2 条和7.1.3 条对短肢剪力墙的设计要求、应用范围以及加强措施提出了较一般剪力墙更为严格的规定。

2.1 《高规》7.1.2条和7.1.3条是针对短肢剪力墙结构中的短肢剪力墙和一般剪力墙提出的具体要求，对于一般剪力墙结构中的短肢剪力墙不执行本条规定。

（1）从构件的概念解读规范，《高规》7.1.2条注：短肢剪力墙是指墙肢截面高度（即水平截面的长度）与厚度（即水平截面的宽度）之比为 5～8 的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于 8 的剪力墙。

（2）从结构的概念解读规范，《高规》7.1.2条称：短肢剪力墙较多时，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，称为较多短肢的剪力墙结构，俗称短肢剪力墙结构。

2.2 高层建筑设计中，我们应合理进行抗侧力构件布局，剪力墙布置不宜过少，墙肢不宜过短，不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑，应采用短肢剪力墙与筒体（一般剪力墙）共同抵抗水平力的结构体系。

2.3 采用较多短肢的剪力墙结构体系时，其最大适用高度要适当降低，7 度和 8 度抗震设计时分别不应大于 100m 和6 0 m 。根据抗震设计规范的精神，Ⅳ类场地上的结构，最大适用高度还应适当降低。

2.4 抗震设计时，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大于结构总底部地震倾覆力矩的 5 0 ％，形成多道抗震防线。主要抗侧力构件——筒体（或一般剪力墙）布置时应注意整个结构刚度的均衡性，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。设计时，为确保水平力可靠传递，我们可以将核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯原则设计，使其具备一定的耗能作用。

2.5 抗震设计时，应加强短肢剪力墙结构体系抗震构造措施，尤其是抗震薄弱部位的墙肢，如减小墙肢的轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率，避免地震产生扭转效应时，使已有的翘曲变形的加剧导致墙肢首先开裂。《高规》7.1.2 条规定：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（本条规定的理解应为：短肢剪力墙结构中的短肢剪力墙抗震等级要提高一级采用，该体系中的非短肢剪力墙不用提高抗震等级；并不是所有剪力墙结构中的短肢剪力墙都要提高等级，要形成“短肢剪力墙结构”的短肢剪力墙才需按《高规》

7.1.2 条规定执行）。

2.6 短肢墙受力应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。短肢墙截面不宜过小，墙肢截面高度与厚度之比应在 5～8 之间；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；设计时短肢墙厚度不应小于200mm；短肢墙的截面尺寸还应满足《高规》7.2.2 条的相关要求。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，轴压比限值要相应降低 0.1。

3 短肢剪力墙的设计建议

研究表明，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，尤其是“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对较小，使连梁受剪破坏的可能性