关于建筑短肢剪力墙结构设计应用

关于建筑短肢剪力墙结构设计应用摘要：本文结合笔者近年来的工作经验，简述了短肢剪力墙结构的定义及优点，并简单的阐述了短肢剪力墙结构设计中的几点注意事项，仅供同行参考。

关键词：短肢剪力墙短肢剪力墙结构结构设计
前言
短肢剪力墙结构是应社会发展而从剪力墙结构体系中独立出来的分支，其在原有剪力墙结构的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成的能适应人们新的住宅观念的高层住宅的结构型式。

确切的说，应称其为较多短肢的剪力墙结构，由于其有利于住宅建筑布置，进一步减轻了结构自重，从而降低了基础
及上部结构的造价，很得建筑发展商的青睐，应用也逐渐广泛起来。

1短肢剪力墙结构的定义及优点
1.1短肢剪力墙定义
短肢剪力墙，顾名思义为墙肢比较短的剪力墙，《高规》7.1.2条规定墙的肢长与墙的厚度比为5：8，一般剪力墙大于8。

而鉴于《异形柱规范》规定墙肢高厚比不大于4的为异形柱，《混凝土规范》也规定截面长度与高度之比大于4的宜按墙设计，高厚比在4～8之间的均可归入短肢剪力墙。

1.2短肢剪力墙结构的定义
并不存在单纯的全短肢剪力墙的结构，因为规范不容许，所谓
短肢剪力墙结构也只是“短肢剪力墙较多的剪力墙结构”，简称为短肢剪力墙结构。

按照《高规》规定，抗震设计时，短肢剪力墙承受的地步地震倾覆力矩不能超过总力矩的50％，这是短肢剪力墙数量的上限。

而数量的下限规范中没有明确条文规定，各地方规范说法不一，而参考《高规解说》，短肢剪力墙的数量下限一般可控制在低于上限的一个范围内，即约10％，若低于这个范围，即可不比按照短肢剪力墙结构进行设计。

1.3短肢剪力墙结构的优点
短肢剪力墙既保留了异形柱不凸出墙面的优点，又克服异形柱框架抗震性能不理想等缺点。

由于住宅需求的增加和用于建造住宅的土地供应紧张，高层住宅的建造成为众多开发商的首选。

与普通的剪力墙相比短肢剪力墙门窗洞口更大，结构布置灵活：墙的数量可多可少，肢长可长可短，可以较好地满足住宅建筑的采光与通风要求，增加使用面积，造价更低，且结构自重更小。

此外，由于减少剪力墙而代之以轻质砌体，房屋自重可以减轻，地震作用也随之减小，因而有利于降低造价。

另外，由于外墙墙面相当一部分面积采用了轻质保温材料，代替钢筋混凝土墙面，房屋的保温隔热性能也得到改善，这有助于建筑节能目的的实现。

2短肢剪力墙结构的布置原则
(1)短肢剪力墙结构应布置必要数量的简体或一股剪力墙，且短肢剪力墙数目不应超过上限要求。

(2)短肢剪力墙应该尽量均匀布置，宜使两个受力方向的刚度和承载力相近，以保证建筑物的刚心和质心相一致，避免在地震中发生扭转。

(3)在结构布置上，短肢剪力墙尽量对齐拉直，使其形成成片的联肢抗侧力结构。

墙肢的数量要根据具体的抗侧力要求进行确定，不能过多或过少，以免结构过刚或者过柔。

(4)当水平荷载较大时或者建筑物造型不规则时，应该在平面外各角点及边缘处布置短肢剪力墙来满足结构平面刚度的要求和加
强结构的整体性。

3短肢剪力墙的受力特点
短肢剪力墙介于一般剪力墙墙与异形框架柱之间，下面以双肢墙为例来说明短肢剪力墙的受力特点。

它由两个t形截面的墙肢和一系列连梁组成的联肢墙。

设水平荷载在离墙底为z的高度处产生的弯矩为m，由平衡条件知：
m：ml+m2+n1
式中：m1、m2：分别为离墙底高度为z的水平截面上，由墙肢1、2单独承担的变矩，它使单个墙肢截面产生弯曲，称为局部弯矩；n 为该处墙肢截面的轴向力；l为两墙肢禽赢形心之问的距离
l=l1+l2。

显然nl表示由两个墙肢整体工作的组合截丽所承担的弯距，它使组合截面产生弯曲，其中一个墙肢受拉，另一个墙肢受压，因此将nl称为整体弯矩。

典型的短肢剪力墙在倒三角形水平荷载作用下墙肢的局部弯矩、墙肢轴力所产生的整体弯矩以及外荷载产生的总弯矩之间的关系。

不难看出，整体弯矩随着整体性系数的增加而增大，而局部弯矩则随着整体性系数的增大而减小。

现在再将连梁沿跨中截开，开该处的弯矩为零，剪力为vbi。

式中，vbi为i层连梁对两个墙肢提供的弯矩贡献，称为结束弯矩。

可见，整体弯矩是由连粱的剪力作用提供的，剪力墙某一水平截面上的整体弯矩等于此截面以上所有连梁对墙肢的约束弯矩的
总和，这就是连梁的贡献。

在短肢剪力墙中，整体弯矩比局部弯矩大得多，所以剪力墙的主要受力特点是以整体弯曲为主，大多数楼层的墙肢没有反弯点。

整体水平位移曲线与竖向悬臂柱相似，足以弯曲型为主。

即下一楼层的相对层问位移比上一层的小，这对结构是有利的。

4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，每端肯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，即扣转角沿纵轴的导数)，考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵伊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，本身较高细，更接近杆件性能，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。

5短肢剪力墙结构设计的相关规定
5.1短肢剪力墙结构的必要条件
抗震设计时，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底部地震倾役力矩的50％。

若由短肢墙承受的地震倾覆力超过50％，说明妞胺剪力墙所占的比例过大，这在规范上是允许的。

若由越股墙承受的地震倾役力矩很小，则此结构应视为一般剪力墙结构，不用定义为短肢剪力墙结构。

当采用pkpm软件计算时，这一条件的实现与否可以satwe的wv020.out文件中查看，或在tat的nl_ 1.out文件中查看到，但是前提是在结构类型中先选择“短肢剪力墙结构’’进行试算,才能看到铆肢剪力墙的倾覆力矩及其占得百分数。

如果大于40％，恻就是短肢剪力墙结构，当然大于50％的话最好调整结构方案；如果小于40％，则重新定义结构体系进行计算。

5.2短肢剪力墙的应用范围
(1)b级高度高层建筑和ix度抗震设计的a级高层建筑，即使设置筒体，也不能采用；
(2)其最人适用高度比《高层建筑混凝土结构技术规程》表4.2.2—1中剪乃墙结构的规定值适当降低，且vii度和viii度抗震设访足分别不应大于小100m和60m。

5.3短肢剪力墙的抗震加强
(1)抗震设计时，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。

(2)抗震等级为一、二、三级时的轴压比分别不宜大于0.5、0.6、0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。

(3)除底部加强部位应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第
7.2.10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。

(4)底部加强部位的纵向钢筋配筋率不宜小于1.2％，其它部位不宜小1.0％。

(5)墙体厚度不应小于200mm，混凝土强度等级不应低于c25。

6短肢剪力墙结构的截面设计
(1)墙肢厚度≥200，且按抗震等级为一、二级时短肢剪力墙的截面厚度，底部加强部位≥1／16层高，其它部位≥1／20层高，当为无端柱或翼墙的一字形剪力墙时，底部加强部位的截面厚度≥1/12层高，其它部位≥1／15层高；按抗震等级为三、四级时短肢剪力墙的截面厚度，底部加强部位≥1／20层高，其它部位≥1／25
层高。

(2)短肢剪力墙应进行剪压比、轴压比验算，正截面、斜截面的计算，计算过程和计算公式与普通剪力墙一致。

(3)短肢剪力墙之间的连梁应进行剪压比验算，正截面，斜截面的计算，计算过程和计算公式与普通连梁一致。

(4)在设计中，经常会遇到连梁超限的情况，“高规’’第7.2.25条提出了三种处理方法：①减小连梁高度，降低连梁的刚度。

对于高度很大的连梁，可以双连梁的办法来解决。

双连梁可近似折算为一根梁，梁宽等于两倍墙厚，梁高取实际梁高，计算所得配筋均分给上下两根连梁。

在构造上应注意两根连梁应采用轻质材料填缝。

②对连梁弯矩及剪力进行调幅，但在整体计算时已将连粱刚度进行折减的，不应再考虑调幅。

无论用什么方法，连梁调幅后的弯矩及剪力设计值不应低于正常使用状态下的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值。

因此“高规”建议一般情况下，可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前弯矩的0.8倍(vi～wii 度)和0.5倍(viii～ix度)。

同时，当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。

③当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时(如跨度较小的洞口连粱)，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较人内力进行配筋设计，连梁则可根据实际截面按构造配筋，做到“强剪弱弯”即可。

以上三种方法在不同软件中，实现的方式是不同的，在具体设计过
程中，还应参照软件说明书书进行调整。

7结束语
由于随着设汁方法的不断更新，短肢剪力墙结构体系中的运用也将会越来越广泛。

但是由于国家一直没有统一的规程、规范，因此导致在其应用方面受到了一定的制约，所以应尽快制定出相应的规范，以使该设计方法存实际应用中更合理、更安全。