談建筑工程中短肢剪力墻的結構設計

徐　敏

摘 要：本文簡述了短肢剪力墻結構的定義及優點，對短肢剪力墻結構設計中的幾點注意事項作了闡述，供大家參考。

關鍵詞：短肢剪力墻；短肢剪力墻結構；短肢剪力墻結構的判定

1 前言

短肢剪力墻結構是一個結構領域的新名詞，確切的應稱其為較多短肢的剪力墻結構，它是近年來興起的，由于其有利于住宅建筑布置，進一步減輕了結構自重，從而降低了基礎及上部結構的造價，很得建筑發展商的青睞，應用也逐漸廣泛起來。

2 短肢剪力墻結構的定義及優點

短肢剪力墻是指墻的肢長與墻的厚度比為5-8的一種剪力墻結構。其有以下優點：

(1)符合建筑的需要：連接各墻的梁，位于隔墻豎向平面內，屬隱蔽型，利用隔墻位置來布置豎向構件，使結構受力需要與建筑使用功能較好地統一起來，避免了框架結構中梁柱突出墻面的問題。當下部層數要求為大空間時，較易通過轉換結構來處理上下結構的關系。

(2)結構布置靈活：墻的數量可多可少，肢長可長可短，根據抗側力的需要而定，還可以通過不同的尺寸和布置調整剛度及剛度中心的位置。

(3)節能降耗：由于減少剪力墻而代之以輕質砌體，房屋自重可以減輕，地震作用也隨之減小，因而有利于降低造價。另外，由于外墻墻面相當一部分面積采用了輕質保溫材料，代替鋼筋混凝土墻面，房屋的保溫隔熱性能也得到改善，這有助于建筑節能目的的實現。

3 短肢剪力墻結構的布置原則。

3.1短肢剪力墻主要布置在房間間隔墻的交接處，墻肢的數量要根據具體的抗側力要求進行確定，不能過多或過少，以免結構過剛或者過柔。

3.2 短肢剪力墻應該盡量均勻布置，以保證建筑物的剛心和質心相一致，避免在地震中發生扭轉。

3.3 在結構布置上，要是短力墻盡量對齊拉直，使其形成成片的聯肢抗側力結構。

3.4 當水平荷載較大時或者建筑物造型不規則時，應該在平面外各角點及邊緣處布置短肢剪力墻來滿足結構平面剛度的要求和加強結構的整體性。

3.5 為了避免墻肢凸出各間隔墻表面。墻肢一般不宜過厚。

4 短肢剪力墻的受力特點

目前，對于短肢剪力墻為何定義為墻肢高度比為5～8的剪力墻并沒有明確說明理由。事實上，短肢剪力墻介于聯肢墻與異形框架柱之間，它屬于聯肢墻的一種界限情況，與一般的聯肢墻相比，它的墻肢截面高度要短一些，但它仍屬于剪力墻的范疇。下面以雙肢墻為例來說明短肢剪力墻的受力特點。它由兩個T形截面的墻肢和一系列連梁組成的聯肢墻。設水平荷載在離墻底為z的高度處產生的彎矩為M，由平衡條件知：

M=M1+M2+N1

式中：Ml、M2分別為離墻底高度為z的水平截面上，由墻肢1、2單獨承擔的變矩，它使單個墻肢截面產生彎曲，稱為局部彎矩；N為該處墻肢截面的軸向力；L為兩墻肢截面形心之間的距離L=LI+L2。

顯然NL表示由兩個墻肢整體工作的組合截面所承擔的彎距，它使組合截面產生彎曲，其中一個墻肢受拉，另一個墻肢受壓，因此將NL稱為整體彎矩。

短肢剪力墻在倒三角形水平荷載作用下墻肢的局部彎矩、墻肢軸力所產生的整體彎矩以及外荷載產生的總彎矩之間的關系。不難看出，整體彎矩隨著整體性系數的增加而增大，而局部彎矩則隨著整體性系數的增大而減小。

現在再將連梁沿跨中截開，開該處的彎矩為零，剪力為Vbi。式中，Vbi為i層連梁對兩個墻肢提供的彎矩貢獻，稱為結束彎矩。

可見，整體彎矩是由連梁的剪力作用提供的，剪力墻某一水平截面上的整體彎矩等于此截面以上所有連梁對墻肢的約束彎矩的總和，這就是連梁的貢獻。在短肢剪力墻中，整體彎矩比局部彎矩大得多，所以剪力墻的主要受力特點是以整體彎曲為主，大多數樓層的墻肢沒有反彎點。整體水平位移曲線與豎向懸臂柱相似，是以彎曲型為主。即下一樓層的相對層間位移比上一層的小，這對結構是有利的。

5 短肢剪力墻結構設計的相關規定

5.1 短肢剪力墻結構的必要條件

抗震設計時，簡體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構部底部地震傾覆力矩的50％。若由短肢墻承受的地震傾覆力超過50％，說明短肢剪力墻所占的比例過大，這在規范上是不允許的。若由短肢墻承受的地震傾覆力矩很小，則此結構應視為一般剪力墻結構，不用定義為短肢剪力墻結構。當采用PKPM軟件計算時，這一條件的實現與否可以SATWE的WV02O．OUT文件中查看，或在TAT的NL-1．OUT文件中查看到。

5.2 短肢剪力墻的應用范圍

(1)B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高層建筑，即使設置簡體，也不能采用；

(2)其最大適用高度比《高層建筑混凝土結構技術規程》表4．2．2—l中剪力墻結構的規定值適當降低，且7度和8度抗震設計是分別不應大于100m和60m。

短肢剪力墻的抗震加強

(1)抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比一般剪力墻的抗震等級提高一級采用。

(2)抗震等級為一、二、三級時的軸壓比分別不宜大于0．5、0．6、0．7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應降低0．1。

(3)除底部加強部位應按《高層建筑混凝土結構技術規程》第7．2．1O條調整剪力設計值外，其他各層短肢剪力墻的剪力設計值，一、二級抗震等級應分別乘以增大系數1．4和1．2。

(4)底部加強部位的縱向鋼筋配筋率不宜小于1．2％，其它部位不宜小于1．O％。

(5)墻體厚度不應小于200mm，混凝土強度等級不應低于C25。

6 短肢剪力墻結構的截面設計

6.1 墻肢厚度≥200，且按抗震等級為一、二級時短肢剪力墻的截面厚度，底部加強部位≥1／16層高，其它部位≥1／20層高，當為無端柱或翼墻的一字形剪力墻時，底部加強部位的截面厚度≥1／12層高，其它部位≥1／15層高；按抗震等級為三、四級時短肢剪力墻的截面厚度，底部加強部位≥1／20層高，其它部位≥1／25層高。

6.2 短肢剪力墻應進行剪壓比、軸壓比驗算，正截面、斜截面的計算，計算過程和計算公式與普通剪力墻一致。

6.3 短肢剪力墻之間的連梁應進行剪壓比驗算，正截面，斜截面的計算，計算過程和計算公式與普通連梁一致。

6.4 在設計中。經常會遇到連梁超限的情況，“高規”第7．2．25條提出了三種處理方法：(1)減小連梁高度，降低連梁的剛度。對于高度很大的連梁，可以雙連梁的辦法來解決。雙連梁可近似折算為一根梁，梁寬等于兩倍墻厚，梁高取實際梁高，計算所得配筋均分給上下兩根連梁。在構造上應注意兩根連梁應采用輕質材料填縫。(2)對連梁彎矩及剪力進行調幅，但在整體計算時已將連梁剛度進行折減的，不應再考慮調幅。無論用什么方法，連梁調幅后的彎矩及剪力設計值不應低于正常使用狀態下的值，也不宜低于比設防烈度低一度的地震作用組合所得的彎矩設計值。因此“高規”建議在一般情況下，可掌握調幅后的彎矩不小于調幅前彎矩的0．8倍(6-7度)和0．5倍(8-9度)。同時，當部分連梁降低彎矩設計值后，其余部位的連梁和墻肢的彎矩設計值應相應提高。(3)當連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時(如跨度較小的洞口連梁)，可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下的結構內力分析，墻肢應按兩次計算所得的較大內力進行配筋設計，連梁則可根據實際截面按構造配筋，做到“強剪弱彎”即可。以上三種方法在不同軟件中，實現的方式是不同的，在具體設計過程中，還應參照軟件說明書進行調整。

結束語

隨著設計方法的不斷更新，短肢剪力墻結構體系中的運用將會越來越廣泛。但是由于國家一直沒有統一的規程、規范，因此導致其在應用方面受到了一定的制約，應盡快制定出相應的規范，以使該設計方法在實際應用中更合理、更安全。