短肢剪力墻結構在軟件分析中的設計與應用

韓金

摘 要：針對剪力墻輸入存在的諸多問題，分析了短肢剪力墻在電梯間等部位采用異形柱輸入的同時，還需對墻肢和連梁進行節點剛域剛度放大并考慮剪切變形的影響，最后得出按照異形柱輸入模型后的軸壓比和抗震等級的參考值。

關鍵詞：剪力墻;剛度;數學模型

隨著高層建筑結構的快速發展，剪力墻結構在建筑中的應用理論更加成熟[1，2]。但住戶對住宅建筑的平面和空間使用要求逐漸提高，剪力墻的布置對建筑空間和結構要求愈來愈高，這就要求高層建筑住宅中剪力墻的布置受到多種限制[3-4]。因此，結合PKPM在土木結構設計分析軟件的模擬研究，短肢剪力墻結構在PKPM軟件分析中的應用有必要進行了分析與探討。

1 短肢剪力墻的研究現狀

工程應用中，對短肢剪力墻研究較少，多以異形柱和一般剪力墻的試驗結果和設計方法作為參考依據。但目前短肢剪力墻在中高層建筑中得到廣泛應用，因此對中高層建筑中的短肢剪力墻的研究具有重要意義[5]。隨著專家和學者的不斷研究，短肢剪力墻有許多優異的突破，大多數研究都是針對結構試驗以及計算機模擬計算[6]。

1.1 試驗研究方面

短肢剪力墻多用于高層住宅樓，其結構與普通剪力墻結構相比具有除結構核心區外的其余墻肢均可靈活布置，且房間內無露梁露柱現象。短肢墻結構中墻量較少，減輕了結構自重和水平地震作用，降低了鋼筋混凝土用量。

程紹革等進行了1/20縮尺的短肢剪力墻高層建筑模型振動臺試驗，結果表明多遇地震下較低樓層的外圍部分墻肢產生水平裂縫，罕遇地震下外圍底部墻肢出現貫通水平裂縫后發生彎曲破壞，孤立小墻肢破壞嚴重[7]。因此，短肢剪力墻在水平荷載作用下的抗彎承載力和抗剪承載力較弱，延性和耗能能力較差，嚴重制約了短肢剪力墻的應用[8]。

1.2 計算機軟件模擬方面

短肢剪力墻的結構布置方式靈活，墻肢可長可短，故而高層住宅中廣泛運用。但是，由于這種結構體系結構布置不太規則，構件形式較多，故建議采用有限元分析軟件進行計算。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。

周麗[9]采用三維分析方法對豎向構件采用開口薄壁桿模型進行了短肢剪力墻結構的TBSA軟件和SATWE軟件計算結果對比，結果表明TBSA軟件的計算結果不能正確反映實際受力情況，SETWE軟件的計算結果較為精確。高明濤[10]通過異形柱框架剪力墻結構和短肢剪力墻結構的對比分析，最終采用短肢剪力墻結構，軸壓比、側移、扭轉及總高度限值等方面的均能滿足規范要求。

《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010認為應限制短肢剪力墻的應用范圍。結構設計人員在用PKPM進行模型設計過程中遇到短肢剪力墻布置情況較少時，一般采用直接布置剪力墻、程序自動識別是否為短肢剪力墻的方法，PKPM2010版V2.2添加用戶強制指定短肢剪力墻功能來滿足結構設計人員需要。如果剪力墻結構中有個別小墻肢存在，不應當作短肢剪力墻結構計算，應該作為一般剪力墻結構計算。

2 設計中存在問題及解決方案

彭飛等指出《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010中“短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm，各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻”的定義方法存在一定問題。因此計算時應將節點看做短肢剪力墻和連梁的剛域。筆者建議電梯間部位的短肢剪力墻可采用壁式框架的計算方法。

《混凝土異形柱結構技術規程》JGJ149-2017對異形柱抗震等級的規定和高規對A級高度的短肢剪力墻結構抗震等級的規定。抗震設計時短肢剪力墻抗震等級比剪力墻抗震等級提高一級。規范對異形柱的抗震等級要求低于短肢剪力墻的抗震等級，在結構設計過程中，把短肢剪力墻當作異形柱輸入，在SETWE參數輸入模塊需要把電梯間處異形柱的抗震等級要按照短肢剪力墻的要求進行修改。

3 結語

（1）短肢剪力墻結構在設計時應考慮連梁和洞口對其受力的影響，尤其是在電梯間等部位。

（2）PKPM軟件計算過程中按照異形柱輸入模型的同時需要注意節點剛域對墻肢和連梁剛度的增加作用和剪切變形的影響，等效剛度取。

（3）按照異形柱輸入的模型，需要參照短肢剪力墻的抗震等級和軸壓比進行設計和校核。

參考文獻：

[1]傅玉良.中、小高層短肢剪力墻的受力性能和試驗研究[D].東南大學，2005：1-49.

[2]黃衛民.短肢剪力墻結構體系與應用研究[J].建筑工程技術與設計，2015（27）.

[3]Rong Bai-sheng. Short-limb wall structural system in high residential construction.Journal of Building Structures， 1997（06）：14-19.

[4]Liu Wei，Wang Yu，Zhao Yu-jie.Experimental research of short-limb wall without flange subjected to cyclic loading. Henan Sciences，2003，21（04）：461-464.

[5]楊正華，張敏，李松峰.短肢剪力墻結構力學性能分析[J].華東交通大學學報，2008，25（02）：16-21.

[6]容柏生.高層建筑中的短肢剪力墻結構體系[S].北京：第十四屆全國高層建筑結構學術交流會，1996（10）.

[7]程紹革，陳善陽，劉經偉.高層建筑短肢剪力墻結構振動臺試驗研究[J].建筑科學，2000（01）：12-16.

[8]李杰，吳建營，周德源等.L形和Z形寬肢異形柱低周反復荷載試驗研究[J].建筑結構學報，2002（01）：9-15.

[9]周麗.高層住宅建筑中短肢剪力墻的運用[J].煤礦設計，2000（07）：34-36.

[10]高明濤.短肢剪力墻結構高層住宅設計[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2011（06）：875-879.