淺談“短肢剪力墻”結構在高層建筑設計中的應用

【摘要】文章介紹了短肢剪力墻結構體系的運用，簡要介紹了該結構的構成、特點及設計原則等有關問題，提出了短肢剪力墻結構在高層住宅建筑中的廣泛應用。

【關鍵詞】短肢剪力墻；結構設計；抗震設計

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?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規程》（以下簡稱《高規》）中7.1.2條規定，短肢剪力的高厚比是5～8，且墻厚不小于200mm。它不僅具有可使室內不出現柱楞，又可增加使用面積的特點，而且具有改善建筑功能并使室內布置靈活的特點，受到建筑師和開發商以及廣大用戶的歡迎。

1.短肢剪力墻結構的優點

短肢剪力墻常見的形狀有“T”“L”“Z”“十”。與一般的剪力墻體系相比，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.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。

3.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。

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；同時大多數連粱的跨高比大于2.5，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.短肢剪力墻的布置原則

（1）短肢剪力墻結構一般可以根據建筑平面和房間分隔形式來布置墻體，盡量選用縱橫剛度較一致且穩定和剛度較好的墻肢形式，如T型、L型等。未布置剪力墻的部分，除門窗洞口外，采用輕質填充墻，填充墻與剪力墻采用拉筋連接。

（2）短肢剪力墻墻肢間距不宜過大，在房間中部隔墻的交點上，要布置一定數量的短肢墻，既可以利于梁的支撐，使梁的傳力比較明確，避免出現多級次梁，又可以分散荷載，避免墻肢軸壓比超限。

（3）短肢剪力墻的總體數量要適當，避免結構太剛或太柔，要滿足承載力和正常使用的要求，使結構的周期，層間位移，剪重比在規定的范圍內。

（4）短肢剪力墻的分布要盡量均勻，使其剛度中心和建筑物的形心盡量接近，必要時可以布置一些剪力墻或混凝土柱來調整剛度中心。

3.短肢剪力墻的結構計算

短肢剪力墻結構體系的計算方法應能對結構進行正確的計算假定與分析。在設計中優先采用基于空間工作的計算機分析方法。

SATWE是專門為多高層建筑結構分析而研發的空間組合結構有限元分析軟件，適用于各種復雜體型的高層鋼筋混凝土結構體系計算。SATWE以殼元原理為基礎構造了一種通用墻元來模擬剪力墻，這種墻元對剪力墻的洞口尺寸和位置無限制，具有較好的適用性。墻元不僅具有平面內剛度，也具有平面外剛度，可以較好的模擬工程中剪力墻的真實受力狀態，而且墻元的每個節點都具有空間6個自由度，可以方便的與任意空間梁柱單元連接，無需任何附加約束。

SATWE軟件可以自動搜索短肢剪力墻，但不能事先判斷，因此在短肢剪力墻較多時，可以暫時將結構體系設定為短肢剪力墻進行計算，查看計算輸出的柱及短肢剪力墻的傾覆力矩，墻傾覆力矩，柱及墻傾覆力矩的百分比等其他數值，由設計者進行判斷是否符合短肢剪力墻結構的條件。

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，連粱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，當部分連粱降低彎矩設計值后，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粱不參與工作，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。

4.短肢剪力墻設計時的注意要點

綜上所述，在短肢剪力墻的設計中，應注意以下幾點：

（1）計算時應采用三維計算方法進行結構的動力特性分析和桿件內力計算。墻肢的數量和形式可以根據建筑需要用程序計算確定，建議采用墻元模型程序（SATWE）計算，當結構復雜時可以采用薄壁桿系模型程序（TAT）記性對比分析。

（2）相關試驗及資料表明，短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節是建筑平面外邊緣及角點處的墻肢，當結構有扭轉效應時，這些部位的墻肢首先開裂，應采取足夠的抗震構造措施。

（3）高層短肢剪力墻結構在地震作用下，將以整體彎曲變形為主。位于底部外圍的小墻肢截面積小且承受較大的豎向荷載，應適當加大墻肢厚度或提高混凝土強度等級，加強小墻肢的延性構造措施。

5.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。

參考文獻

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