關于短肢剪力墻結構抗震性能的研究

摘要：短肢剪力墻的建筑結構由于空間布局比較方便，又可以減輕結構自重，在我國部分地區應用逐漸廣泛。本文通過分析截面形式、墻體配筋形式、體積配箍率、軸壓比、墻肢高厚比等影響短肢剪力墻抗震性能的多種因素， 揭示了短肢墻的整體工作性能，提出具體設計建議。

關鍵詞：短肢剪力墻；抗震性；結構

我國城市的高層住宅建筑越來越多，短肢剪力墻結構容易滿足建筑使用功能的要求，又可以進一步減輕結構自重，且具有良好的經濟性，因此這種結構型式越來越多地應用于高層特別是小高層住宅建筑。現行的混凝土結構設計規范和高層建筑結構設計規范都沒有關于短肢墻設計的具體條文，理論落后于實際應用，阻礙了這種結構體系的健康發展。

1.短肢剪力墻結構的優點

由于鋼筋混凝土短肢剪力墻結構具有墻肢可靈活布置，房間內無露梁露柱的現象，給建筑較大的靈活空間，剪力墻數量較少，減輕了自重，減小了水平地震作用，降低了鋼筋混凝土的用量等優點，因此得到了廣泛運用。在小高層住宅中，與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系具有如下優點：

（1）充分利用墻肢的承載能力，避免傳統剪力墻結構中墻體過長而通常為構造配筋的浪費。（2）短肢剪力墻體系，墻肢和梁可隱蔽，結構布置靈活，墻的數量和肢長根據抗側力的需要而定，數量可多可少，肢長可長可短，還可通過不同的尺寸和布置以調整剛度和剛度中心的位置。（3）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經濟效益顯著。（4）主體結構中大多數墻肢呈受彎工作狀態，從而保證墻體具有足夠的延性。（5）根據建筑平面的抗側剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側力構件，較易滿足剛度和強度要求。

2.短肢剪力墻抗震性能分析

2.1墻體配筋形式

試驗研究表明：短肢剪力墻結構在翼墻和腹板交接處多出現縱向裂縫，在此部位應采取加強措施，如加設暗柱。對比有翼墻試體和無翼墻試體的墻肢破壞形態發現，有翼墻試體在翼墻上通常只有水平裂縫，而其墻肢上的裂縫形態和無翼墻試體相似。這說明翼墻在結構受力時主要負擔外加彎矩，而剪力則主要由墻肢承擔。設計時，應對短肢剪力墻的端部和轉角部位設置暗柱，把主要鋼筋都布置在暗柱范圍內；結構底部受到的剪力大，應加密底部加強區范圍的墻肢箍筋。

2.2短肢剪力墻—筒體結構

近年來隨著人們對住宅，特別是小高層及多層住宅平面不與空間的要求越來越高，原來普通框架結構的露柱露梁、普通剪力墻結構對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是經過不斷的實踐和改進，以剪力墻為基礎，并吸取框架的優點，逐步發展而形成一種能較好適應小高層住宅建筑的結構體系，即所謂“短肢剪力墻—筒體”結構體系。

短肢剪力墻—筒體結構結合建筑平面、利用間隔墻位置來布置豎向構件，剪力墻的數量可多可少，剪力墻肢可長可短，主要視抗側力的需要而定，還可通過不同尺寸和布置以調整剛度和剛度中心的位置；由于減少了剪力墻數量，而代之以輕質填充墻，不僅房屋總重量可以減輕，同時也可適當降低結構剛度，使地震作用減小，這不僅對基礎設計有利，而且對結構抗震較為有利，同時也可降低工程造價，還可加快施工進度.這種結構體系通常視建筑平面及抗側力的需要，將中心豎向交通區處理成為筒體，以承受主要水平力。

2.3截面形式

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻。帶翼墻短肢墻結構的受力性能優于無翼墻結構，工程中應避免一字形截面墻肢的使用。短肢剪力墻宜在兩個方向設計有梁與之拉結，避免無連接梁相連的延性較差的禿墻。總體來說，短肢剪力墻的延性較差，可以通過加強體積配箍率來提高其延性。

短肢剪力墻配箍率提高后，其受彎承載力提高不是很明顯，但混凝土峰值應力下的應變值有較大的提高，并且應力應變曲線的下降段部分變得平緩，延性有顯著提高。設計時，我們可以參照 高層建筑混凝土結構技術規程！對于約束邊緣構件的配箍特征值來設計短肢剪力墻的箍筋。

2.4普通現澆鋼筋混凝土抗震墻結構

依據建筑平面布局設置鋼筋混凝土抗震墻，對較長的墻開結構洞將其分為聯肢墻，使各墻段的剛度均勻，由于抗震墻較多，可以構成整體抗側力很強的體系，對較高建筑抗震特別有利。

3.結構布置中需注意的問題

3.1要滿足高規要求

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。結構布置上考慮縱橫墻的共同作用。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。

3.2對振型數量的要求

要保證振型參與質量達到總質量的90%以上。振型數最好是3的倍數。振型數的大小與結構層數及結構形式有關，當結構層數較多或結構剛度突變較大時，振型數也應取大些。尤其對于高位轉換，由于轉換層的質量遠大于其他樓層，導致不同振型時地震作用在轉換層處突然增大，尤以轉換層位置在振型曲線振幅最大處或附近時更為顯著，因而轉換層在較高位置時，高振型的影響可能明顯增大，建議在計算分析時，取較多振型。

3.3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。框支梁、框支柱、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。《抗震規范》和《高規》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。框支剪力墻的下端節點一定要落在框支梁上。

3.4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高規第48.2條規定的剪力墻抗震等級提高一級。抗震設計時，底部加強層應按高規第7.2.10條調整剪力設計值，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“抗震規范”出現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，為了加強墑肢抗震性能，可以把整段墻肢作為約束邊緣構件考慮。

4.結語

盡管短肢剪力墻結構在我國得到了大量應用，但是到目前為止，短肢剪力墻抗震性能的理論和試驗研究還不夠深入，規范的條文也不具體。但是隨著小高層建筑的發展和人們對住宅使用功能要求的提高，由于短肢剪力墻結構可以靈活布置，墻且短肢剪力墻的抗震性能也優于異形柱剪力墻結構，因此在設計中根據其受力的特點，充分掌握和了解其受力特點和破壞機理后，并選擇合理的布置形式，正確掌握計算分析方法，它將在多、高層的住宅中有著廣闊的發展前景。

參考文獻

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