框支短肢剪力墻受力分析

江鳳蘭

摘 要 框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系是將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與框支剪力墻結(jié)構(gòu)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于短肢剪力墻的特殊性，框支短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)形式，受力特點上也與傳統(tǒng)框支剪力墻有明顯不同，目前雖在工程界已有采用，但理論研究尚不完善，現(xiàn)行國家規(guī)范a對此類結(jié)構(gòu)也較少提及。本文主要研究框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)豎向荷載和水平荷載的受力特點，并給出了工程上宜采取的相應(yīng)措施。

關(guān)鍵字 框支短肢剪力墻；豎向荷載；水平荷載

短肢剪力墻一般指墻肢的長度為厚度4～8倍范圍內(nèi)的剪力墻。它介乎于異形框架柱（肢長與厚度之比為2～4）和一般剪力墻（肢長大于厚度8倍）之間。

1.框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)特點

框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在名稱上借鑒了傳統(tǒng)框支剪力墻結(jié)構(gòu)的說，但在具體結(jié)構(gòu)形式上，則有鮮明的自身特點，主要表現(xiàn)在以下方面；

（1）在對剪力墻的支承形式上“框支”與“梁抬”并存。由于肢長短，數(shù)量多，不可避免要出現(xiàn)某些墻肢與框支柱完全不沾邊，接支承在梁上的情況，工程上稱為“抬梁”，這使得框支梁的設(shè)計算變得非常重要。

（2）轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般采用深粱轉(zhuǎn)換，由于短肢剪力墻截面形式多，很多時候出現(xiàn)主次梁共同支承上部壤肢，甚至次梁支承再向主傳遞的情況，傳力體系更加復(fù)雜。

（3）框支剪力墻結(jié)構(gòu)一般在轉(zhuǎn)換層上下剛度變化較大，成為薄環(huán)節(jié)?？蛑Ф讨袅Y(jié)構(gòu)墻肢短，往往與下層框支柱截面相差多，若在設(shè)計時予以適當(dāng)控制，剛度突變情況可得到改善．

2.框支短肢剪力墻受力分析

框支剪力墻的受力情況相當(dāng)復(fù)雜。外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力在上部墻體和下部支承框架中的分布完全不同，要較準(zhǔn)確地求得其應(yīng)力，就要考慮上部墻體與下部框架的共同作用。

（1）在豎向荷載作用下的受力分析

框支剪力墻在豎向荷載作用下，離開框支粱較遠(yuǎn)的上部墻體豎向應(yīng)力分布不受底部框架的影響，在均布荷載作用下，豎向應(yīng)力也均勻分布。墻體稍低處口，應(yīng)力沿拱作用線向框支柱上方集中。

托梁的剛度越大，框支柱截面高度越大，則豎向應(yīng)力口，集中程越小，分布越平緩。在常用尺寸下邊柱上方應(yīng)力約為平均應(yīng)力的4～6倍。剪應(yīng)力只在離框架梁為L的范圍內(nèi)出現(xiàn)，在墻與框支梁的交界處達(dá)到最大值，可達(dá)（1.1～1.5）平均應(yīng)力。粱的下邊緣與柱的交界處，剪應(yīng)力可達(dá)（1.5～2.0） 平均應(yīng)力。

單跨框架梁在柱上方的彎矩很小，彎矩分布類似于簡支梁。由于框架梁與上方墻體共同工作，組成一個倒T形的深梁，框支梁是這個深粱的受拉翼緣，因此承受軸向拉力。框支梁不同于一般框架梁，普通框架粱為受彎構(gòu)件，軸力為零，在同一豎向荷載下彎矩很大：框支梁是拉彎構(gòu)件，彎矩較小，在同一豎向荷載下彎矩不大，但有較大軸向拉力。

（2）在水平荷載作用下的受力分析

水平力作用下，上部墻體（距框支粱L以上部分）中豎向應(yīng)力為線性分布，在靠近框支梁的墻體中，逐漸向柱上方集中，但仍保持反對稱分布的特點。

3.框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)宜采取的相應(yīng)措施

（1）對于層數(shù)不超過20層，高度小于60m的“小高層”建筑而言，框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層梁柱板截面尺寸取值較大，具有足夠剛度，且上部結(jié)構(gòu)樓層質(zhì)量中心與剪切中心相差不大的前提下，其轉(zhuǎn)換層工作狀態(tài)是穩(wěn)定可靠的。但鑒于短肢剪力墻在框支柱上的支承方式類似于點支承，從提高結(jié)構(gòu)安全儲備的角度考慮，對支承節(jié)點及相應(yīng)框支粱框支柱在設(shè)計時宜提高抗震等級，并著重驗算框支梁最大裂縫寬度及最大撓度；

（2）傳統(tǒng)剪切剛度比的控制方法對框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)已不再適用。在目前精確樓層側(cè)向剛度計算困難的前提下，可采用文中提出的等效側(cè)向剛度計算方法，結(jié)合層間位移曲線及樓層剪力曲線，以較好地反映結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度變化。

（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層對其鄰近層內(nèi)力與變形有一定影響，當(dāng)轉(zhuǎn)換層未設(shè)置在底層時，對其以下一層的樓板應(yīng)適當(dāng)加厚，以考慮樓板彈性變形的影響。目前在實際工程設(shè)計中也已注意到這一問題，如深圳市建筑設(shè)計研究總院在內(nèi)部設(shè)計規(guī)程中，就規(guī)定對此類結(jié)構(gòu)框支層采用一級抗震，鄰近層采用二級抗震構(gòu)造處理；

（4）對總高度60米以下，體形較為規(guī)整的框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，對框支梁及框支柱設(shè)計起控制作用的依然是豎向（主方向）內(nèi)力。因而采用剛性樓板假定的TBSA軟件對短肢剪力墻“小高層”結(jié)構(gòu)設(shè)計依然是適用的。只要所建短肢剪力墻的支承方式正確，傳力路徑清晰，薄壁桿件模型與墻元模型對豎向內(nèi)力的計算差別不大。且因薄壁桿件采用點接觸傳力，其所計算的框支粱豎向彎矩及框支柱軸力一般略大于墻元模型計算結(jié)果，偏于安全。

（5）由于框支粱截面坡度較大，由短肢剪力墻在框支層樓板內(nèi)所引起的內(nèi)力和變形遠(yuǎn)小于估計值。但核心筒與框架位移差較大，在其周圍樓板內(nèi)引起較大內(nèi)力和變形，且有強烈的應(yīng)力集中，因而對框支層樓板采用彈性樓板假定進(jìn)行分析，核算板內(nèi)應(yīng)力仍然是必要的。

（6）框支梁側(cè)向（次方向）內(nèi)力較小，一般按構(gòu)造配筋即可，但為防止出現(xiàn)側(cè)面混凝士裂縫，保持粱側(cè)向穩(wěn)定性，框支梁側(cè)向腰筋設(shè)置宜適當(dāng)加密，并加大構(gòu)造筋直徑。考慮框支梁控制內(nèi)力出現(xiàn)位置較為分散，且在豎向地震荷載下（規(guī)范未要求驗算）有可能反向，框支梁上下鋼筋宜在全跨范圍內(nèi)保持不變，盡量不作截斷，抗剪箍筋應(yīng)全長加密。

（7）對超過60m的高層建筑，若仍需采用框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，因其豎向荷載很大，勢必造成框支粱截面高度進(jìn)一步增大，此時側(cè)向內(nèi)力的影響不可忽視，應(yīng)對關(guān)鍵構(gòu)件作專門分析。必要時，可在框支梁頂部和底部各設(shè)一層樓板，提高粱的側(cè)向穩(wěn)定性。

（8）對轉(zhuǎn)換層設(shè)置層數(shù)較高，如位于2／3總高處的高位轉(zhuǎn)換層情況，因上部結(jié)構(gòu)層數(shù)較少，故豎向荷載和水平力均較小，梁截面尺寸可減小。但此時核心簡與外圍框架間位移差往往較大，樓板變形較為明顯，具體內(nèi)力分布需另作分析。

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