關于單向有較多短墻肢的剪力墻結構的思考

張亞江 殷欣

摘 要 高層住宅中，由于建筑功能需要，結構X向存在較多h/b<4的墻肢；且一般X向高寬比較小，結構變形容易滿足規范要求，為達到節材的目的，設計人員在X向很少布置長墻；此類結構在X向水平力作用下，變形特性為剪切變形，設計人員經常錯誤性的將此類結構按照剪力墻結構設計，此種做法存在重大抗震安全隱患。結構設計人員在抗震設計時，應重視概念設計，避免設計此類結構。

關鍵詞 較多短墻肢墻的剪力墻結構 剪切變形 彎曲變形

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A

0前言

高層住宅中，多采用剪力墻結構，由于建筑功能需要，結構在X向開洞，導致結構在X向存在較多h/b<4的墻肢（圖1）；且由于X向一般高寬比較大，抗震設防時，X向變形較容易滿足規范要求。設計人員為達到節材的目的，往往在X向布置很少的長剪力墻（指h/b>8的剪力墻），且通常將此類結構按照剪力墻結構設計。抗震設防時，此類結構存在重大安全隱患，應引起結構設計人員的高度重視。本文結合某工程，重點探討此類結構存在的安全隱患。

1工程概況

本工程為某7度設防地區一小高層，層數為12層，高度為35.1米，結構剪力墻布置如圖2。設防烈度7度（0.10g），Ⅱ類場地，設計分類為第二組，場地特征周期為0.40s，結構中所有豎向構件均為剪力墻，結構計算和設計時，也均按剪力墻結構設計。

2問題的提出

根據《建筑抗震設計規范》（以下簡稱《抗規》）3.4.3條判斷，該結構為抗震規則結構。豎向構件均為剪力墻。結構計算時，設計人員經常關注的各大指標都能滿足規范要求，按常規理解，此類結構按照剪力墻結構設計，沒有任何問題。但有一個細節引起筆者的注意，結構在X向最大層間位移發生在結構的中下部，而Y向最大層間位移發生在結構的頂部，這個與一般力學概念不相符。從力學角度分析，水平力作用下，剪力墻結構為彎曲變形，最大層間位移應位于中上部。筆者專門查看了一下該結構在水平力作用下的側移曲線（圖3），從此圖能明顯看出：水平力作用下，結構在X向的變形特性為剪切變形，在Y向的變形特性為彎曲變形。水平力作用下，結構在X向和Y向呈現完全不同的變形特性。

此結構與《抗規》3.5.3條第三款“結構在兩個主軸方向的動力特性宜接近”規定不相符。且《高層建筑混凝土結構技術規程》（以下簡稱《高規》）7.1.1條條文說明中明確表示：本規程所指的剪力墻結構是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結構，其變形特點為彎曲變形。因此筆者認為，將此類結構按照《高規》關于剪力墻結構的相關要求設計，存在嚴重安全隱患。

3此類結構的安全隱患

3.1中大震下抗震性能無法保證

現行規范抗震設計采用“三水準兩階段設計”。三水準即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。兩階段設計：第一階段，包括兩方面：首先，眾值烈度結構基本彈性，安全性采用基于概率分項系數的抗震承載力驗算，滿足小震強度要求。其次，限制小震的彈性層間位移角；同時采取相應的抗震構造措施，保證結構的延性、變形能力和耗能能力，滿足中震變形要求。第二階段，限制大震下結構彈塑性層間位移角；并采取必要的抗震構造措施滿足大震防倒塌要求。中大震下的性能主要靠構造來保證。

彎曲變形結構的耗能和延性優于于剪切變形的結構，現行規范中，延性和耗能主要通過抗震措施來保證，規范對于兩種結構的抗震措施明顯不同，剪切變形結構的抗震措施明顯嚴于彎曲變形結構。當X向和Y向都按照剪力墻結構設計時，采用相同的抗震措施時，X向的抗震措施低于規范要求，很難滿足中大震下的抗震需求。

3.2薄弱層計算失真

現在結構設計軟件對結構豎向構件的輸入有兩種模型：一種是按照剪力墻輸入，計算模型為基于殼單元的墻元模型；一種按照柱輸入，計算模型為桿元或者薄壁柱模型。對于這兩種模型，在計算結構層間剛度、豎向抗剪承載力時，采用不同的計算方法，這兩種計算方法的結果相差甚遠。影響對結構豎向不規則性的判定。結構豎向規則性的判定，是結構抗震概念設計的基礎，概念設計一旦失誤，對結構抗震性能的影響是災難性的。

4總結

（1）《高規》中關于剪力墻結構的相關規定，適用于“水平力作用下變形特性為彎曲變形”的結構，而不是豎向構件全部為剪力墻的結構。

（2）結構設計人員應加強基本力學知識的學習，抗震概念設計應引起重視。

（3）目前現有計算軟件，無法計算此類結構，設計人員在碰到此種情況時，應在X向多布長墻，根據水平力作用下的變形特性確定長墻數量。

參考文獻

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