關于短肢墻

劉萍昌

摘 要：本文通過對高層住宅短肢墻——內核心筒結構系的試驗與研究，將該體系中短肢墻結構布置、及其轉換結構采用寬梁方案，運用到實際工程中，并且提出了有關看法和設計建議。

關鍵詞：短肢墻；內核心筒；寬梁轉換結構

1 短肢墻的試驗與受力分析

為了研究上述課題，由東南大學、研究院、南京市建筑設計研究院廣州分院組成了專題科研小組，以廣州某制藥廠30層高層商住樓為原型，經適當簡化，制作了1：20微?；炷琳w模型，設防烈度按七度考慮，在同濟大學土木工程國家重點試驗時振動臺試驗室進行振動臺試驗。

本次試驗主要研究抗震性能，找出結構破壞機理和薄弱環節，為今后同類工程解決抗震設計相關問題提供科學依據。因此模型設計重點滿足抗側構件、梁、板、柱以及節點尺寸、配筋（按等強代換）相似關系，此外還附加質量的方法滿足質量和活載相似關系。

試驗選用3種抗震波即：E1-Centro波；Zk8363廣州某大廈場地波。

試驗結果表明：①平面結構布置合理，地震作用下扭轉變形非常小。外圍結構破壞較輕。七度多遇烈度作用下，最大加速度反應為0.118g；七度基本烈度作用下，最大加速度反應為0.320g；七度罕遇烈度作用下，最大加速度反應為0.565g。②內核心筒剛度大，承擔了80%左右地震作用，由此可見短肢墻主要承擔豎向荷載。③結構主頻遠離地震波主頻，說明短肢墻—內核心筒結構體系抗側剛度適中。④結構在E1-Centro波作用下地震反應最大。結構位移反應滿足規范要求。模型結構位移反映呈彎剪型。⑤在七度罕遇地震作用下，與“L型”短肢墻相連的梁（凈跨六米左右）端部出現裂縫形成梁鉸，符合抗震設計強度弱梁原則。⑥值得注意的是：平面轉角部位的Q2：“一字型”短肢墻出現了先于梁破壞的情況，抗震性能明顯不如帶翼緣的組合截面短肢墻，屬于設計薄弱環節。⑦與“L型”短肢墻相連的樓板沿兩肢端點四十五度方向，因短肢墻對該部位樓板的約束翹曲出現板角斜裂縫。

從上訴幾點可以看出：短肢墻—內核心筒結構體系，只要設計合理，可以滿足七度抗震區“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防要求。從結構變形特征看：短肢墻—內核心結構體系也可以近似認為是屬于框一剪結構體系范疇，但位移體系有區別：前者是彎剪型，后者是剪彎型。我們知道開洞雙肢剪力墻結構隨著洞口尺寸擴大，墻肢剛度下降，連梁約束減弱，使得雙肢剪力墻逐漸變成了壁式框架。短肢墻與其相連的梁在實際工程中凈跨在4米～6米，因此，計算時不能假定為連梁，而應按壁式框架計算才符合實際受力情況。

筆者認為：短肢墻—內核心筒結構體系在電算分析時，結構類型建議取框—剪結構體系。組合短肢墻模型介于墻和柱模型之間有待于今后進一步研究。但按（等效）柱模型考慮偏于安全，而短肢墻之間的梁，按兩端帶鋼域的壁式框架進行內力配筋計算。

2 短肢墻在實際工程中運用

2.1 工程概況

南雅大廈位于廣州天河區廣州大道西側，是集商場、辦公、住宅為一體的高層綜合樓。其地上二十八層：首層為商場；二至四層為辦公用途；五層架空兼結構轉換層；六層以上為住宅。地下室兩層：地下一層為車庫和設備用房；地下二層為汽車庫兼六級人防掩蔽所。

大廈總建筑面積56800m2，總高度93m，裙樓共四層，首層4.8m，二層4.2m，三層和四層均為4.0m，裙樓總高度17m；裙樓屋面以上架空層層高5m；高層住宅標準層層高2.9m。裙樓平面尺寸為36m×85m（局部切角），高層住宅為兩個井字形鉆石平面，其平面尺寸31m×35m。

根據地質報告和上部荷載情況，基礎形式采用人工挖樁。樁端持力層為微風化巖。

2.2 上部結構布置

為了滿足建筑使用功能需要，本工程結構五層以下選用框架—剪力墻結構，五層以上住宅標準層采用短肢墻—內核心筒結構體系。考慮到在五層處，上、下層柱網和結構形式不一致，將該層作為結構轉換層。短肢墻布置以“L型”、“T型”、“Y型”等異型組合截面為主，可增強肢墻抗扭和出平面穩定性，兩個方向肢長基本相等剛度接近。墻肢寬為250，肢長1500左右。短肢墻間梁高不超過600。本建筑物利用電梯井、樓梯間組成的內核心筒作為結構的主要抗側力單元。短肢墻主要承擔豎向荷載。為了保證其延性，控制軸壓比不超過0.6.按照多道抗震防線原則，與核心筒相連的梁按強減弱彎原則進行設計。此外核心區內樓板適當加強，確保水平力可靠傳遞。對平面槽口敞開端每隔二至三層設置寬扁拉梁。

2.3 轉換層設計

由于住宅標準層為鉆石形平面存在斜向柱網，五層以下為正交柱網，兩個柱網在結構轉換層迭加比較復雜，轉換層結構采用什么方案是本工程設計重點。在初步設計時曾考慮采用厚板方案。該方案雖然可以為鉆石形平面短肢墻結構提供自由轉換，但存在一些問題，例如：轉換層結構自重大，對抗震不利；傳力路徑不明確，不能有效利結構材料；施工困難，不經濟；是施工圖階段經過多方案比較，局部調整正交柱網，同時考慮住宅標準層存在“Y形”和帶翼緣異型組合截面短肢墻特點，轉換層結構采用寬梁方案。雖有些梁寬達到兩米以上，但這樣布置使得組合短肢墻沿各肢軸線方向，確保每個肢均在寬梁內。為了平衡和減少“Y型”墻墻底腳彎矩不平衡對寬梁產生扭轉不利影響，沿該墻肢斜向軸線布置構造斜向梁，對于中部少量不便設轉換梁的短肢墻，局部在其下布置了厚板。

顯然，寬梁轉換結構與厚板方案相比，結構受力明確，自重減小，便于施工、計算也簡單。為了慎重對待轉換寬梁設計，除了桿系模型分析外，還采用了有限元分析。

由于住宅標準層短肢墻剛度相對于轉換層以下要大，為了保證豎向剛度不突變，在五層以下分散、均勻增設了剪力墻，以控制上下層剛度比不超過2。

2.4 結算結果

本工程電算分析分別采用薄壁桿件模型（TBSA）和墻元模型（SATWE）兩種程序。按七度區抗震設計，考慮扭轉耦連，裙樓連體兒住宅標準層為雙塔，振型選用12個，II類場地土，結構抗震登記均為二級。修正后基本風壓為0.5KN/M2。經比較兩個程序結果接近?，F將SATWE程序計算的周期和位移、基地剪力、基地彎矩分別列入表1和表2。

3 短肢墻-內核心筒結構體系設計建議

（1）高層點式住宅短肢墻-內核心筒結構體系適用于七度抗震區。其抗則構件布置要合理、對稱、均勻。力求質量中心與剛度中心基本重合，避免外圍短肢墻發生扭轉破壞。當需要設置轉換結構，宜采用梁氏結構，且控制上下層剛度不超過2。

（2）主要抗側結構內核心筒，要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過?。ㄒ话?m×10m左右），內核心筒應承擔80%以上地地震作用。為了形成多道抗震防線，確保水平力可靠傳遞，核心區樓板適當加強。與核心筒相連的梁按強剪弱彎原則進行設計。短肢墻之間梁凈跨不宜過?。ㄍǔ?～6m），使它具有一定耗能作用。

（3）短肢墻受力以承受豎向荷載為主，承受水平荷載為輔。其截面尺寸選取要適當。肢墻寬在220～300為宜，肢長與肢寬比在6左右（肢長一般不超過2.0m）。短肢墻在組合內力作用下其軸壓比控制在0.60范圍內。

（4）短肢墻布置應以“L形”、“T形”、“Y形”等異型組合截面為主，可增強短肢墻抗扭和出面穩定性，短肢墻兩個方向剛度力求接近，每片剛度要均勻、適中、在外墻轉角處，要避免布置“一”字形短肢墻，當其在非轉角處布置時須加強配筋并且設拉梁垂直于“一”字形短肢墻。

（5）短肢墻—內核心筒結構體系，電算分析力學模型建議按框架—剪力墻結構體系考慮，短肢墻之間的梁按壁式框架計算內力和配筋。短肢墻按柱模型計算偏于安全，但應根據實際情況進行適當修正調整。

（6）由于短肢墻的肢墻寬度相對較小，為了防止局部承壓和錨固破壞，墻肢兩端或轉角處應設置暗柱并配封閉箍沿全長加密，暗柱長度為1.5倍肢寬。墻肢縱筋應集中布置與暗柱內，并且每排鋼不宜多于3根，必要時放兩排。

（7）與“L形”短肢墻相連的樓板角部要配四十五度斜向加強筋。

參考文獻

[1]曹萬林，張建偉，黃選明，等.帶暗支撐短肢剪力墻及核心筒抗震研究與應用——第十四屆結構工程學術會議特邀報告[a].全國結構工程學術會議[C].2005：72.

[2]李芳.高層建筑短肢剪力墻—核心筒結構合理剛度優化設計研究[D].武漢理工大學，2006.

（作者單位：深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司）