對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

李紅梅

（化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計院寧波工程有限公司，浙江 寧波 315040）

隨著社會的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平的提高，住房條件的改善，上世紀(jì)90年代起逐漸興起許多小高層住宅的建設(shè)，其中有大量11層、12層的小高層住宅。短肢剪力墻正廣泛應(yīng)用于小高層住宅建筑中?！岸讨袅Y(jié)構(gòu)”是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上，吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，逐步發(fā)展形成的能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅的結(jié)構(gòu)型式。這種新的結(jié)構(gòu)體系由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點，受到了建筑師的肯定。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系便于利用中部豎向交通區(qū)形成較為完整的筒體，外圍布置短肢剪力墻保持墻面平整，墻肢布置靈活，同時降低了建筑結(jié)構(gòu)的混凝土用量，所以很受開發(fā)商的歡迎。新版《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002針對這種趨勢和要求，適時對短肢剪力墻作出了規(guī)定。即：短肢剪力墻是墻肢長度和厚度比大于等于5而小于等于8的剪力墻，通常短肢剪力墻采用“T”形、“L”形、“]”形、“Z”、“+”形等形式，偶爾也采用“一”字形。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)既保留了異形柱不凸出墻面的優(yōu)點,又克服了異形柱框架抗震性能不理想等缺點?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》具體規(guī)定了短肢剪力墻的構(gòu)造加強措施。

1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置特點

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置要點是：（1）結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，基本上可以做到不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；（2）短肢剪力墻的數(shù)量多少要精心設(shè)計，肢長截面的高厚比必須在5～8的范圍內(nèi)，主要視抗側(cè)力和扭轉(zhuǎn)控制的需要而定，可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度中心位置；（3）要靈活布置，可選擇的方案較多時，要使樓蓋方案盡量簡單；（4）連接各墻肢的連梁，與墻等寬，可隱蔽布置。如果短肢剪力墻的長度已無法調(diào)整，可以通過調(diào)整連梁高度來調(diào)整結(jié)構(gòu)整體剛度和剛度中心；（5）根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強度要求；（6）短肢剪力墻的肢長在1m～1.2m之間比較經(jīng)濟(jì)，小墻肢盡量避免。

2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計算

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計算模型、配筋方式和構(gòu)造要求均同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度（多一個截面翹曲角，即扭轉(zhuǎn)角沿縱軸的導(dǎo)數(shù)），考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內(nèi)剛度無限大假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜（如有轉(zhuǎn)換層）時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長較短（一般為墻厚的5到8倍），本身較高細(xì)，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力，精度較高。對設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支?？蛑Ъ袅κ鞘芰γ嫦蚴芰c過渡，由于薄壁桿件的連接處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。因此，帶有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用墻元模型軟件（如SATWE）進(jìn)行計算。當(dāng)然，從整體上的內(nèi)力（特別是下部支承柱的內(nèi)力）分布情況來看，如果將剪力墻加以適當(dāng)?shù)奶幚?，還是可以用TAT、TBSA對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計算的。

3 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計需注意的問題

小高層點（板）式住宅采用短肢抗震墻結(jié)構(gòu)體系，只要抗側(cè)力構(gòu)件布局合理，仍然是比較理想的一種結(jié)構(gòu)體系，但在地震區(qū)，高層建筑中，剪力墻不宜過少，墻肢不宜過短，因此不應(yīng)設(shè)計僅有短肢剪力墻的高層建筑，要求設(shè)置剪力墻筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（一般剪力墻）共同抵抗水平力的結(jié)構(gòu)。

短肢墻的布置合理、對稱、均勻、力求質(zhì)量中心與剛度中心重合，短肢墻布置應(yīng)以T形、L 形、]形、+形為主，盡量避免一字形，這樣可增加短肢墻抗扭性能和出平面外穩(wěn)定性。

短肢剪力墻盡量不要布置在建筑平面外邊緣的角部，因為當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，且對結(jié)構(gòu)抗扭不利。布置在建筑平面外邊緣也會增加短肢剪力墻承擔(dān)的底部傾覆力矩。

主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)筒體（或長墻）一般利用樓、電梯間，但要注意剛度的均衡性，不要集中在一處布置使建筑產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時筒體要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過小，要使筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%，形成多道抗震防線，為了確保水平力可靠傳遞。

短肢墻受力以承擔(dān)豎向荷載為主，承擔(dān)水平荷載為輔，其截面尺寸要適當(dāng)，墻肢截面高度與厚度之比宜在5～8左右為好，且墻厚不小于200mm，短肢墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于 0.5、0.6、0.7。對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，因其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應(yīng)降低0.1。

短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級提高一級采用，主要目的是從構(gòu)造上改善短肢剪力墻的延性。

抗震設(shè)計時，短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。

各短肢墻應(yīng)盡量對齊、拉直，使之與連梁一起構(gòu)成較規(guī)則且連續(xù)均勻的抗側(cè)力片。并且每道短肢墻宜有兩個方向的梁與之連接。

短肢墻的數(shù)量多少，肢長的長短，主要視抗側(cè)力和扭轉(zhuǎn)控制的需要而定，還可以通過不同尺寸和布置調(diào)整剛度和剛度中心位置。

短肢剪力墻一筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)體系，電算分析力學(xué)模型建議采用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE和TBWE，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系考慮，各部位宜取兩種力學(xué)模型分析結(jié)果的不利工況，短肢墻之間的梁應(yīng)根據(jù)跨高比的不同分別按連梁、框架梁計算內(nèi)力和配筋，（一般情況下當(dāng)短剪力墻洞口形成的跨高比小于5的連梁，應(yīng)按連梁進(jìn)行設(shè)計；當(dāng)跨高比不小于5時，宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計），短肢墻仍屬于剪力墻的范疇，配筋可采用一般剪力墻的計算方法。

4 結(jié)束語

短肢剪力墻的墻肢截面高度與厚度比小于 5的小墻肢，難以形成抗震性能好的聯(lián)肢剪力墻。小墻肢剛度差，如果連梁剛度大（α≥10）就形成剪切變形為主的壁式框架，連梁剛度小（α<1）容易形成抗側(cè)剛度差的獨立墻，甚至異形柱框架，抗震性能都不好。所以《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-20027.2.5對墻肢的截面高度為厚度比小于5的小墻肢提出了嚴(yán)格軸壓比要求。

聯(lián)肢短肢剪力墻滿足截面高厚比要求時，都能設(shè)計成抗震性能較好的聯(lián)肢墻，不會形成獨立墻肢，可放心使用。

無論計算結(jié)果是否滿足規(guī)范要求，設(shè)計時都應(yīng)注意盡量避免用小墻肢，特別是肢高比小于等于4的類似異形柱的墻肢。小墻肢容易形成壁式框架。

短肢剪力墻要和普通剪力墻配合工作。全短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在大震作用下，一旦連梁破壞，由于短肢剪力墻本身的抗側(cè)剛度較小，結(jié)構(gòu)側(cè)剛退化過快，變形過大很不利。

[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002.

[2]高立人等.《高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計》，中國計劃出版社，2005.