短肢剪力墻結構設計的特點和注意事項

龍廣成

【摘 要】文章主要從結構設計需要注意的事項出發(fā)，詳細介紹了短肢剪力墻設計在建筑設計中的特點，和在大體結果設計中應主要的問題及不應忽視的重要問題，短肢剪力墻結構是當前小高層建筑結構設計中一種根據(jù)剪力墻結構進行改進后的設計方式，其改進的目的是為了更好的適應人們對于建筑內部空間應用的需求，使建筑內部的平面空間更大，室內空間應用更加靈活和高效，滿足了現(xiàn)代城市居民對建筑室內設計的要求。

【關鍵詞】短肢剪力墻；設計特點；注意事項

前言

近些年來，在現(xiàn)代城市的建設中，小高層以其獨特的優(yōu)越性成為當前住宅建筑中最受歡迎的建筑結構形式， 其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在土地利用率高，相對開發(fā)成本低，舒適性和便利性更強，戶型也更加多樣等幾方面。尤其是采用短肢剪力墻結構的設計方式進行施工的小高層，更大程度了滿足現(xiàn)代都市人對于住宅建筑內部更高的空間利用率和更靈活多樣的室內設計的需求。短肢剪力墻結構，是在普通剪力墻結構的基礎上根據(jù)人們對建筑日益增長的需求而發(fā)展而來的，并且逐漸成為現(xiàn)代小高層建筑結構設計中的主要設計方式。

1.短肢剪力墻結構體系的優(yōu)點

隨著短肢剪力墻結構體系在小高層建筑結構設計中的廣泛應用，可以從實踐中看出該結構體系的優(yōu)點主要體現(xiàn)在滿足小高層建筑的功能需求和滿足結構設計需求這兩大方面。

首先，在建筑功能方面，短肢剪力墻的墻肢設計是與填充墻的厚度相同的，且短肢剪力墻與各個墻體之間的梁的連接是處于墻體的豎立平面內的，這就很好的實現(xiàn)了框架結構中梁柱外露的問題；在短肢剪力墻結構的施工中，大都是采用的較為輕質的建筑材料，以減少結構的負重荷載；短肢剪力墻由于其自身特性而在一定程度上增大了施工難度，但其能夠很好的擴大建筑內部的有效使用面積，因此，仍然是具有很大推廣價值的。

其次，在結構設計方面，短肢剪力墻結構要比普通框架-剪力墻具有更好的隱蔽性，使墻肢與梁可以隱藏在墻體內，方便了用戶對內部結構的靈活設計應用。且在設計中，短肢剪力墻對于墻的數(shù)量和肢長的確定也更加靈活， 可以通過計算建筑的抗側力需求來確定數(shù)量的多少以及肢長的長短，同時，墻體剛度的大小和剛度中心位置的確定，也都可以根據(jù)實際情況靈活調整，使建筑結構設計更加貼合實際的需要。

另外，在小高層住宅結構設計中，短肢剪力墻與常用的普通剪力墻體系相比，其具有的特點主要體現(xiàn)在以下幾點：充分利用墻肢的承載能力， 避免傳統(tǒng)剪力墻結構中墻體過長而通常為構造配筋的浪費；減輕結構自重，降低主體結構和基礎造價，尤其對于地基承載力較低的地區(qū)經(jīng)濟效益顯著；結構自振周期相對加大，彌補剪力墻體系抗側剛度大，從而地震反應加大的缺點；主體結構中大多數(shù)墻肢呈受彎工作狀態(tài)，從而保證墻體具有足夠的延性。同時大多數(shù)連梁的跨高比大于25，保證整體剛度的同時降低連梁的自身剛度，避免連梁的剪切破壞，使連梁也具有足夠的延性，以此來彌補剪力墻體系延性的不足。

2.短肢剪力墻結構布置中需要注意的問題

在短肢剪力墻的結構設計中， 結構布置的合理性是非常重要的，這是因為短肢剪力墻結構的抗震性能相對較差，為此，在結構布置中應充分考慮到加強抗震性的設計內容，注意結合相關技術概念和理論的應用，盡可能的提高結構的性能。一般來講，在其結構布置中，需要注意到以下幾點：

（1） 短肢剪力墻應均勻布置，使墻的軸向應力差別不宜過大。豎向布置短肢剪力墻，盡可能做到墻肢上、下對齊、連續(xù)，盡量避免洞口錯位，與連梁一起構成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側力體系。

（2） 每道短肢剪力墻宜有兩個方向的梁與之相連接， 連梁盡可能布置在墻肢的豎向平面內。短肢剪力墻應該盡量在另一方向上設置翼緣，盡可能避免有一字形短肢剪力墻出現(xiàn)。結構布置上考慮縱橫墻的共同作用。

（3） 短肢剪力墻應設計成強墻柱弱連梁的體系。所謂強墻柱，是指墻柱可采用強度等級高的混凝土，加強墻柱配筋：盡可能減少連梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墻體系計算更合理。

（4） B級高度高層建筑及9 度抗震設計的A 級高度高層建筑，不能采用短肢剪力墻結構。

（5） 最大適用高度比高規(guī)表中剪力墻結構的規(guī)定值適當降低，且7 度和8 度抗震設計時分別不應大于100m 和60m。

3.結構計算模型和軟件應用中易忽視的問題

短肢剪力墻結構是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。其計算模型同于普通剪力墻結構，將結構作為空間體系，粱和柱均采用空間桿單元，剪力墻單元模型。在計算上可采用的三維空間分析軟件有開口薄壁計算模型，空間膜元，板殼單元模型以及墻組元模型。而目前短肢剪力墻結構廣泛采用的是TAT（多層及高層建筑結構三維分析與計算軟件）和SATWE（高層建筑結構空間有限及分析與設計軟件）。但在實際的計算應用中，設計人員往往會視乎一些問題，主要體現(xiàn)在以下兩點：

3.1 總體計算中總信息的輸入

3.1.1 連梁的剛度折減

高層建筑中的連梁是一個耗能構件，連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，設計時應注意對連梁按“強剪弱彎”的延性要求進行計算。多、高層結構設計中允許連梁的剛度有所下降，程序中通過連梁剛度折減系數(shù)來反映開裂后的連梁剛度。但應注意短肢剪力墻結構中，墻肢剛度相對較小，連接各墻肢的梁已類似普通框架粱，而不同于一般剪力墻問的連梁，不應在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調，使其設計內力降低，應按普通框架梁的要求，控制混凝上壓區(qū)高度，其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70%、80%來解決。

3.1.2 短肢剪力墻的抗震構造

抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比普通剪力墻抗震等級提高一級；底部加強層應按規(guī)定調整剪力設計值，其他各層短肢剪力墻的剪力設計值，一級抗震等級應分別乘以增大系數(shù)1.4 和1.2；短肢剪力墻截面厚度不應小于200mm；抗震設計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%。其他部位不宜小于1.0%：新“抗震規(guī)范”出現(xiàn)了約束邊緣構件這個概念，對抗震等級為二級及以上的短肢剪力墻，由于墻肢長度較短，約束邊緣構件沿墻肢兩個方向近于整段墻肢，為了加強墻肢抗震性能，可以把整段墻肢作為約束邊緣構件考慮。

3.2 程序輸入和輸出時應注意的問題

轉換層所在層號、框支梁、框支柱、角柱的指定?？蛑Я骸⒖蛑е?、角柱是帶轉換層的復雜高層建筑抗震設計時需特別加強的構件?！犊拐鹨?guī)范》和《高規(guī)》按“強剪弱彎”的原則，對其抗震等級和組合設計內力值進行調整，并采取相應的結構構造措施。因此，程序輸入過程中正確指定轉換層所在層號、框支梁、框支柱和角柱，對計算結果的合理輸出是相當重要的。也是設計人員容易忽視的問題。

4.結束語

總之，小高層建筑中應用短肢剪力墻的結構設計方式要比其他結構設計方式更具優(yōu)越性，針對當前短肢剪力墻的抗震性能較差以及計算中易出現(xiàn)錯誤的問題， 都需要我們不斷加強和改進技術，進一步完善短肢剪力墻結構的性能和設計方法，使剪力墻結構體系能在小高層建筑的發(fā)展中得到更廣泛的應用。