淺議短肢剪力墻結構

佟盛勛

端木慶輝大連市建筑設計研究院有限公司，遼寧 大連 116021

0 引言

近年來，隨著人們對多層、小高層住宅的要求越來越高，普通框架結構露梁露柱，而普通剪力墻結構對空間分割限定嚴格，已經越來越不能滿足要求。于是，結合普通框架結構和普通剪力墻結構的優點，就形成了短肢剪力墻結構。短肢剪力墻結構克服了框架結構和剪力墻結構的缺點，即滿足了建筑隊空間分割和房間布置的要求，又可以減少剪力墻數量替代以輕質隔墻減輕自重，同時降低結構剛度，使地震作用減小，有利結構抗震，得到了業主和工程設計人員的肯定，逐漸受到了推廣。

1 短肢剪力墻結構的簡要介紹

短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度的5倍～8倍剪力墻結構，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型等。對短肢剪力墻結構的設計計算，應考慮其是剪力墻大開口而成，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。短肢剪力墻數量的上限：《高層建筑混凝土結構技術規程》7.1.2條規定，“抗震設計時，筒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總底部地震傾覆力矩的50%”，這個規定是短肢剪力墻數量的上限，即基承擔的底部地震傾覆力矩不應超過總底部傾覆力矩的50%。短肢剪力墻數量的下限：規范沒有明確規定短肢剪力墻數量的下限，用戶可以靈活掌握，短肢剪力墻結構中包含的短肢剪力墻應“較多”，其數量下限一般可控制在地獄上限的一個較小范圍內（約10%左右），超過此范圍不宜按短肢建立墻結構進行設計。

2 結構計算模型和軟件

對短肢剪力墻結構的設計計算，因其是剪力墻大開口而成，所以，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。目前短肢剪力墻結構廣泛采用中國建筑科學研究院PKPM-CAD工程部的兩個計算軟件，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)。TAT采用的是三維空間模型，對剪力墻采用薄壁柱單元計算原理，對梁柱采用空間桿系計算原理；SATWE SATWE是以殼元理論為基礎構造一通用的超單元墻元為模擬剪力墻，它不僅具有平面內剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬剪力墻的受力狀態。剪力墻既有平面內的剛度，又有平面外的剛度，樓板既可以按彈性考慮，也可以按剛性板考慮，這是一種接近實際情況的模型。結構設計時應針對建筑特點選擇合適的結構計算軟件。

3 短肢剪力墻結構設計應注意的問題

1）根據國內外有關研究成果，當剪力墻受壓彎作用，在小偏心狀態下延性較差；在大偏心狀態下，軸壓比較大時，若混凝土沒有約束或約束不夠時，有可疑混凝土先與鋼筋破壞。因此，為保證結構延性，應嚴格控制短肢剪力墻的軸壓比；

2）應采取三維計算方法進行結構的動力特性分析和桿件內力計算。當采用殼元模型時，應加細單元的劃分；短肢剪力墻結構有時用薄壁桿元（TAT）可能更合適。因短肢墻的模型更符合薄壁桿元模型，采用殼元則有單元劃分不細的問題；

3）短肢剪力墻結構應布置必要數量的筒體或一般剪力墻，以形成共同抵抗水平力的剪力墻結構，可以避免設防烈度下結構產生大的變形，同時也形成兩道抗震設防；

4）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，盡量避免洞口錯位，與連梁一起構成連續跨數較多的抗側力體系，短肢剪力墻承擔的底部地震傾覆力矩不應超過總底部傾覆力矩的50%，否則應調整設計，可增加長墻肢調整剛度中心位置，使剛度中心位置與形心接近；

5）對于短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節，如建筑外邊緣及角點處的墻肢，應減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率，加強小墻肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻，以保證結構的安全性、實用性；

6）短肢建立墻的連梁不宜過強，應設計成截面、剛度較小的弱連梁，以滿足強剪弱彎的要求。對跨高比小于5的連梁按連梁設計，對于跨高比大于5的應按框架梁設計，設計時墻肢剛度可相對減小，而連接各墻肢之間的梁剛度不應折減。

4 運用結構計算軟件容易忽視的問題

4.1 總體計算中總信息的輸入

1）對于帶轉換層的短肢剪力墻結構，計算時，應取較多振型數，以保證振型參與質量達到總質量的90%以上。當結構層數較多或者剛度突變較大時尤其是高位轉換，高振型影響明顯增大，因此計算式計算分析時建議多取振型數。

2）普通剪力墻結構中，連梁作為耗能構件，允許連梁剛度有所下降，程序中通過連梁剛度折減系數來體現，以保證結構延性；但是在短肢剪力墻結構中，墻肢剛度較小，連梁受力類似框架梁，對于跨高必大于5的梁，應按框架梁設計，而不再進行剛度折減，可通過塑性調幅來調整其支座負彎矩。

3）短肢剪力墻的抗震構造

（1）抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級提高一級；

（2）除底部加強部位調整剪力設計值外，其他各層短肢剪力墻的剪力設計值，一、二級抗震等級分別放大1.4和1.2；

（3）短肢剪力墻全部縱筋配筋率，底部加強區不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%；

（4）抗震等級為一、二、三級時，軸壓比不宜大于0.5、0.6、0.7；無翼緣或端柱的一字型短肢剪力墻，軸壓比限制降低0.1。

4.2 程序輸入和輸出時應注意的問題

1）短肢剪力墻結構的抗側力構件，宜使兩個主要受力方向的剛度和承載力相近。如果X方向或者Y方向中一個判定為短肢剪力墻結構，另一個方向判定為一般剪力墻結構，應兩個方向按各自分析確定效應和配筋，即分別設定結構類型計算兩次，各取相應的計算結果；或從嚴掌握，都按短肢剪力墻結構進行整體計算和配筋；

2）對上部塔樓是短肢剪力墻結構，下部裙房是框架—剪力墻結構的框支轉換短肢剪力墻結構，應在結構體系設置時，按短肢剪力墻結構和復雜高層結構各計算一次，從嚴掌握。因為該結構同時符合兩類特殊結構特征，而規范對這兩類結構的要求各有側重，需要調整和加強的內容各不相同，因此應按兩類特殊結構特征各自分析，確定效應和配筋。

[1]張王送.短肢剪力墻結構的抗震設計[J].安徽建筑，2005，12(6).

[2]JGJ5-2002.高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3]于群.小高層住宅中短肢剪力墻結構的設計應用[J].中國科技信息，2005(19A).

[4]楊星.PKPM軟件從入門到精通.