论短肢剪力墙结构设计

论短肢剪力墙结构设计

摘要：本文主要从短肢剪力墙结构布置、构造设计、连梁设计、抗震等方面对短肢剪力墙结构设计进行阐述。

关键词：短肢剪力墙；设计；构造；抗震

0引言

短肢剪力墙结构体系广泛地应用于小高层及部分高层住宅类建筑的结构设计中。短肢剪力墙结构是由剪力墙结构发展而来，属于剪力墙结构体系，同时又吸收了异形柱框架结构的优点，具有布置灵活、墙肢厚度基本与填充墙等厚而不露梁柱、便于房间的使用，同时还具有质量轻地震作用小、节省材料等优点，但是由于目前结构理论界和设计行业中是否采用短肢剪力墙体系于高层住宅中仍有一些争论，其抗震性能相对较差，还需要对短肢剪力墙在抗地震水平力方面更进一步的研究。设计应选用适合的计算软件，合理选用计算分析方法，以及对相关计算模型和参数的确定，加强对其进行概念设计，充分发挥短肢剪力墙优势。

1短肢剪力墙的布置

（1）短肢剪力墙结构应布置必要数量的筒体或一般剪力墙，以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。短肢剪力墙数量的上限为其承担的倾覆力矩不宜大于总倾覆力矩的50%，否则调整设计，B级高度的高层建筑及9度抗震设防的A 级高度高层建筑不宜布置短肢剪力墙。

（2）短肢剪力墙结构中包含的短肢剪力墙应有一定数量，避免结构太刚或太柔，满足竖向荷载和抗侧力需要即可。一般低于上限10%左右，如果短肢剪力墙太少的话，不宜按短肢剪力墙结构进行设计。实际工程中，可以考察短肢剪力墙承担的倾覆力矩比值，或承担的楼层面积比值，或其截面积所占的比值来判断。

（3）短肢剪力墙肢间距不宜过大，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。

（4）当建筑上下部结构不完全相同，各楼层剪力墙布置形状及数量不一致时，应注意考察结构底部情况，以底部短肢剪力墙承担的地震倾覆力矩所占比值来判断。

2短肢剪力墙的结构的判断和计算分析方法

（1）短肢剪力墙在实际中的判定

在实际中，由于L形、T形、十字形和Z形的短肢剪力墙的大量应用，比一字形短肢剪力墙的抗震性能强，延性及平面外稳定性较好，所以规范要求短肢剪力墙尽可能设置翼缘。按照新的规范条文说明，短肢剪力墙必须是各墙肢的肢长与截面厚度比的在4~8的剪力墙，PKPM软件按此定义搜索和判断短肢剪力墙，在根据计算结构文件wv02q.out中给出的短肢墙在底部的抗倾覆力矩判断是否为短肢剪力墙。

（2）结构计算分析

短肢剪力墙结构的计算，首先要选用合适的计算软件，合理地选择计算分析方法。确定计算模型和相关参数并加强对计算结果合理性的判断，特别要加强概念设计。一般来说短肢剪力墙是由于对一般剪力墙进行大开口而形成的，所以，基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆系一薄壁柱空间分析方法，或空间杆一墙组元分析方法。其中空间杆一墙组元分析方法的计算模型更符合实际，精度更高。

3短肢剪力墙结构应采取的抗震设计

（1）短肢剪力墙结构最大适用高度应适当降低，7度、8度（0.2g）和8度（0.3g）抗震设计时不应大于100m、80m和60m，如无可靠经验，适用高度可按剪力墙结构降低20%考虑。

（2）不宜采用一字型短肢剪力墙，不宜在一字型短肢剪力墙布置平面外与之相交的单侧楼面梁。

（3）短肢剪力墙主要承担竖向荷载，在水平的荷载中只起到辅助作用，短肢剪力墙的重力荷载的作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三级短肢剪力墙的轴压比不宜大于0.45、0.50和0.55；一字型截面短肢剪力墙的轴压比限值相应减少0.1。短肢剪力墙的厚度在底部加强区不应小于200mm，其余部位不应小于180mm。

（4）短肢剪力墙的剪力设计值，不但底部加强部位应按规范调整，其他各层也要调整，一、二、三级抗震等级应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1，避免短肢剪力墙过早剪坏。

（5）短肢剪力墙全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%，其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。

（6）短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm，且应设置翼缘。

（7）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片，并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接，避免无连接梁相连的延性较差的秃墙。

4短肢剪力墙结构延性设计措施

（1）连梁的延性设计措施；在实际工程中要使连梁设计满足“强剪弱弯”的原则，设计出延性较好的连梁应考虑，控制连梁的跨高比（以T形截面墙肢为例）。

表1连梁跨高比对T形试件延性性能的影响

从表1中可以看到：在连梁跨高比增长过程中，试件延性比变化幅度很大。延性比上升达到峰值后，快速下降。这说明选择一个合理的跨高比对结构的安全性和经济性都是重要的，分析可知连梁并不是越刚越好，连梁刚度大反而影响墙肢的延性性能，连梁刚度太小时，极限荷载和延性比都减小，墙肢抵抗变形的能力差。

（2）交叉斜撑配筋；在交叉配筋连梁中，连梁的剪力由交叉斜撑承担，交叉斜撑起拉杆、压杆作用，形成桁架传力途径，若混凝土破碎，桁架仍能继续受力，对墙肢的约束弯矩仍起作用。

5短肢剪力墙的连梁设计

在实际工程中要使连梁设计满足“强剪弱弯”的原则就必须考虑以下几个方面：

（1）对连梁刚度进行折减

连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。折减系数在实际设计中可取大于等于0.55 的调整系数以使截面设计符合规范要求。

（2）增加连梁跨度

在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁抗剪超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20％，并保证不小于风荷载作用下的连梁弯矩，以满足正常使用下连梁不出现裂缝等不利影响，同时，连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。