短肢剪力墻結構設計中若干問題的探討

摘要：短肢剪力墻是指墻肢水平截面的高度與厚度之比為5～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻

關鍵詞：短肢剪力墻、多肢短肢剪力墻

1 什么是短肢剪力墻

顧名思義，短肢剪力墻就是墻肢較短的剪力墻，但由于其在工程應用中的復雜多樣性，對短肢剪力墻的判斷仍有一些問題需要討論。

1.1短肢剪力墻的高厚比要求

（1）短肢剪力墻與一般剪力墻的區分 《高規》規定，短肢剪力墻是指墻肢水平截面的高度與厚度之比為5～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。

（2）短肢剪力墻與異型柱的區分

《異型柱規范》規定，異型柱是截面幾何形狀為L形、T形和十字形，且截面各肢的高厚比不大于4的柱。這樣該規定就與《高層規程》7.1.2條的規定出現了不銜接的情況，即墻肢高厚比在4～5之問的構件應按異型柱設計還是按短肢剪力墻設計？《混凝土規范》規定，當構件截面的長邊（長度）大于其短邊（厚度）的4倍時，宜按墻的要求進行設計。

（3）墻與柱的區分 《抗震規范》6.3.6條規定，柱的截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3；抗震墻的墻肢長度不大于墻厚的3倍時，應按柱的要求進行設計。《高規》規定，矩形截面獨立墻肢高厚比不大于3時，宜按框架柱進行截面設計。這些規范的論述是一致的，高厚比小于3的豎向構件應按矩形柱設計。綜上，各類豎向構件可用截面高厚比進行區分：高厚比小于3為矩形柱，高厚比在3～4之間為異型柱，高厚比在4～8為短肢剪力墻，高厚比大于8為一般剪力墻。如果完全根據高厚比來界定短肢剪力墻，可能帶來一些問題。如墻厚大于400mm時，則400x8-3.2m以上的長剪力墻也將劃入短肢剪力墻的范圍，這顯然是不合理的。

1.2多肢短肢剪力墻判定

在實際工程中，L形、T形、十形和Z形的短肢剪力墻大量應用，且由于其比一字形短肢剪力墻的抗震性能強，延性及平面外穩定較好，規范要求矩肢剪力墻應盡可能設置翼緣。但規范規定的短肢剪力墻高厚比的判定方法僅適用于單肢剪力墻的判定，不適于多肢剪力墻的判定。PKPM結構軟件規定，短肢剪力墻必須是不超過兩個墻肢且每個墻肢高厚比都小于8的剪力墻。軟件按此定義搜索和判定短肢剪力墻。需要說明的是，這個定義不是規范規定的，僅供參考。

1.3短肢剪力墻與兩側相連構件剛度的關系

由于短肢剪力墻抗震能力較差，應采取必要的加強措施，這是短肢剪力墻設計與一般剪力墻設計的差別之處。但如果與短肢剪力墻兩側相連的構件剛度很大，使該墻抗震性能提高，就不一定需要采用加強措施，如《北京細則》規定，當墻肢截面高度與厚度之比雖為5～8，但墻肢兩側均與較強連梁（連梁凈跨與連梁截面高度之比≤2.5）或墻肢較短但與翼墻相連時（翼墻長度應不小于翼墻厚度的3倍），可不作為短肢剪力墻處理。

2 什么是短肢剪力墻結構

準確地說，規范并沒有將短肢剪力墻單獨劃分為一種結構類型，而是將其稱為“短肢剪力墻較多的剪力墻結構”，即其僅是剪力墻結構的一種特殊形式，并且明確規定高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構，其所包含的普通剪力墻（主要是指結構平面中部由剪力墻構成晌簡體，如樓梯問或電梯問）不能太少。以下為敘述方便，將這種結構簡稱為短肢剪力墻結構。那么包含多少短肢剪力墻方可作為短肢剪力墻結構設計呢？

2.1短肢剪力墻數量的上限

《高規》規定，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，即短肢剪力墻承擔的底部地震傾覆力矩不應超過總力矩的50%。

2.2短肢剪力墻數量的下限

規范未明確規定短肢剪力墻數量的下限，使許多人感到困惑，因此一些地方規范和文獻給出了一些參考意見：1）《高規解說>”…l指出，一般情況下，短肢剪力墻較多的剪力墻結構中，短肢剪力墻承受的傾覆力矩可占結構底部總傾覆力矩的40～6～50%。對于一般剪力墻結構，如果存在少量的短肢剪力墻，則不必遵守《高規》7.1.2條規定。2）《北京細則》指出，由短肢剪力墻負荷的樓面面積比例超過60%（多層）或50%（高層）。3）《廣東高規》指出，短肢剪力墻的截面面積占剪力墻總截面面積的50%以上。4）《圖解手冊》”1指出，短肢剪力墻承受豎向荷載的面積較大，達到樓層面積的40%～50%以上（較高的建筑允許的面積應該取更小的數量）。

2.3 小結

以上對短肢剪力墻結構的論述雖不盡相同，判定的方法也各有側重，但其基本觀點是大致相同的，可以歸納為：1）短肢剪力墻結構應布置必要數量的簡體或一般剪力墻。短肢剪力墻數量的上限為其承擔的傾覆力矩不應大于總力矩的50%，否則應調整設計。2）短肢剪力墻結構中包含的短肢剪力墻應當“較多”，其數量下限一般可控制在低于上限的一個較少范圍內（約10%），超過此范圍不宜按短肢剪力墻結構進行設計。3）判斷短肢剪力墻結構的方法很多，可以考查短肢剪力墻承擔的傾覆力矩比值，或其負荷的樓層面積比值，或其截面積所占的比值。4）對不是短肢剪力墻結構中的短肢剪力墻，不應按短肢剪力墻結構的要求進行調整，但應滿足對小墻肢的要求。

3 短肢剪力墻結構設計的相關規定

抗震設計時，高層短肢剪力墻結構應依據《高規》7.1.2條、《高規》7.2.1條等，進行必要的加強。

4 短肢剪力墻結構是否節省工程造價

正方觀點：短肢剪力墻結構比一般剪力墻結構可降低結構造價。原因：1）降低用鋼量，一般15層左右剪力墻結構絢為65kg/m2，而短肢剪力墻結構約為53kg/m2； 2）減輕結構自重，一般剪力墻結構為l3～l6kN/m2，而短肢剪力墻結構為l0～l2kN/m2，由此可以減少樁基礎費用。反方觀點：短肢剪力墻結構不能降低造價。原因：1）短肢剪力墻結構的抗震性能不及普通剪力墻結構的，必須加強抗震構造措施，特別是抗震等級提高一級后，用鋼量未必減少；2）短肢剪力墻結構不能采用普通剪力墻的大模板滑模施工工藝，增加了支模、砌填充墻、抹灰的工作量，增加了控制墻體裂縫的材料費和工時費用，延長了施工工期，綜合造價未必能省。筆者觀點：正反兩方的說法都有道理，關鍵是看在什么地區，搞什么設計。如在我國南方的某些地區，抗震設防烈度較低，地基承載力較低，通常采用樁基礎時，選擇短肢剪力墻結構可以降低造價；而在我國北方的某些地區，抗震設防烈度較高，地基承載力較高，通常不采用樁基礎，選擇普通剪力墻結構可以降低造價。

參考文獻

[1]混凝土結構設計規范（GB50010-2010），中國建筑工業出版社，2010.

[2]建筑抗震設計規范（GB50011-2010）.建筑工業出版社，2010.

[3]高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2011）.建筑工業出版社，2011.8

[4]混凝土異形柱結構技術規程（JGJ149/J514）.建筑工業出版社，2006.