郭　昱（阜陽市建筑設計研究院，安徽省阜陽市236000）

淺議短肢剪力墻結構設計

郭昱（阜陽市建筑設計研究院，安徽省阜陽市236000）

隨著社會的發(fā)展，城市的建設多以高樓大廈為主，同時在農村多層建筑也是很受人們的喜愛，與此同時，人們對多層、小高層住宅的要求也隨著升高，普通框架結構和普通剪力墻結構已經(jīng)不能滿足人們的需要，本文就短肢剪力墻結構設計展開簡要論述，以期對我國城市建筑行業(yè)提供微薄之力。

短肢剪力墻；結構設計；計算分析

前言

現(xiàn)如今，隨著人們對多層、小高層住宅要求的升高，普通框架結構露梁露柱嚴重，普通剪力墻結構空間劃分的嚴格限制，已經(jīng)越來越不能滿足人們的需求。然后，結合普通框架結構和普通剪力墻結構的優(yōu)點，形成了短肢剪力墻結構。短肢剪力墻結構克服了平常框架和普通剪力墻結構的缺陷，滿足了施工人員空間分割的限制和房間布置的要求，又可以減少剪力墻數(shù)量替代以輕質隔墻減輕自重，同時使得結構剛度減弱，該結構有良好的抗震效果，得到了業(yè)主和工程設計人員的肯定，并已逐步推廣。

1　短肢剪力墻結構體系簡介

短肢剪力墻主要是安排在房間隔墻的各個交點。根據(jù)結構抗側力和隔墻相交的形式布置適當數(shù)量的短腿剪力墻，并在各墻肢處布置連系梁，以此把這些墻連成一個整體的結構體系，沒有布置剪力墻的間隔部分則炫耀用輕質砌體來填補。短肢剪力墻結構體系具有以下特點：

（1）豎向構件的布置可與建筑平面相結合，并將其布置在隔墻位置處。如中心垂直交通區(qū)可以將其變成筒體或短肢剪力墻，基本與建筑的使用不相矛盾，在底部可以與市場服務用房屋相結合。

（2）墻的多少和墻肢長短主要視抗側力的需要而定，靈活的布局，也可以通過不同的大小和布置來調整剛度和剛心所在的地方。有很多的選擇方案。

（3）連結各墻的梁，亦隨墻肢位置而位于間隔墻豎平面內，屬于隱蔽型的。

（4）采用輕質砌塊代替剪力墻，可以降低房屋的總重量，加快施工速度，若發(fā)生地震該結構能有效的減輕地震所在來的損害。

（5）墻肢高寬比較大，延性也比較好，在進行拆除時主要使用彎曲破壞的方法。連梁跨高比較大，發(fā)生地震時，首先在弱連梁兩端出現(xiàn)塑性鉸，耗能作用很好。

2　結構計算模型和軟件

關于短肢剪力墻結構設計計算，由于剪力墻是大開口，所以，計算模型與普通剪力墻結構相同，將結構作為空間體系，梁和柱均采用空間單元，以及剪力墻空間模型?，F(xiàn)如今，我國短肢剪力墻結構常使用中國建筑科學研究院PKPM-CAD兩個計算軟件，分別是：TAT（多層及高層建筑結構三維分析與計算軟件）和SATWE（高層建筑結構空間有限及分析與設計軟件）。TAT的計算原理是利用三維空間，對剪力墻采用薄壁柱單元計算的方式，在計算梁柱方面，則是使用空間桿系的計算原理；SATWE SATWE基于殼元理論構建了一個通用的超單元墻元為模擬剪力墻，它不僅具有平面內剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬應力剪力墻。剪力墻既有面內剛度，又有外平面剛度，地板不僅可以根據(jù)彈性考慮，也可以根據(jù)剛性板考慮，這是一種接近實際情況的模型。在進行結構設計時，應針對建筑實際來選擇合適的結構計算軟件。

3　短肢剪力墻結構設計應注意的問題

（1）根據(jù)國內外相關研究成果，當剪力墻被壓彎時，在小偏心條件下延性較差；在大偏心條件下，軸壓非常大時，如果混凝土沒有約束或約束不夠，有可能混凝土和鋼筋首先受到損壞。因此，為了保證結構的延性，應嚴格控制短肢剪力墻的軸壓比；

（2）應采取的三維計算方法進行結構動力特性分析和構件內力計算。使用殼元模型時應應加細單元的劃分，有時短肢剪力墻結構采用薄壁桿元（TAT）可能是比較合適的。由于短肢剪力墻模型符合薄壁桿件單元的模型，采用殼元就會有單元劃分不夠細的問題出現(xiàn)；

（3）短肢剪力墻結構應布置一定數(shù)量的筒體或普通剪力墻，以形成共同抵抗水平力的剪力墻結構，可以避免設防烈度下結構產生大的變形在大變形下的設防烈度結構，也可形成兩個抗震設防；

（4）短肢剪力墻應均勻布置，墻體的軸向應力不能有太大差異。豎向布置短肢剪力墻，盡可能做到墻肢上部和下部對齊、連續(xù)，連續(xù)，盡量避免洞口錯位，與連梁一起構成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側力體系，短肢剪力墻底部的地震傾覆力矩不應超過底部傾覆力矩的50%，否則應調整設計，可以增加長肢調整的剛度中心位置，使剛度中心位置與形心接近；

（5）關于短肢剪力墻結構地震的脆弱環(huán)節(jié)，如建筑物的外邊緣和角點處的墻肢，應降低軸壓比，增加縱筋和箍筋配筋率，加強小墻肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻，以此保證結構和實用性安全；

（6）短肢墻的連梁不能太強，連梁剛度應設計成部分的弱連梁，為了滿足強剪弱彎的要求。對跨高比小于5的連梁按連梁設計，在設計時，可適當減小墻肢的剛度，而對于連接各墻肢的剛度不能減少。

4　短肢剪力墻結構的受力性能與設計要點

4.1受力性能

剪力墻根據(jù)整體性系數(shù)α及墻肢沿高度上彎矩的變化，可分為下面三種類型：

（1）滿足α≥10，ζ≤［ζ］時，是整體小開口墻，墻孔面積小，抗側剛度大，整體性強，墻體界面變形近似符合平截面假定，體截面變形近似符合平截面假定，若發(fā)生變形基本是彎曲變形。

（2）滿足α＜10，ζ≤［ζ］時，為連肢墻，墻體沿豎向開有一系列較大洞口，整體性不是很強，剪力墻截面變形不再符合平截面假定，墻肢基本不出現(xiàn)反彎點，若發(fā)生變形基本是彎曲變形。

（3）滿足α≥10，ζ＞［ζ］時，墻孔面積較大，墻肢和連梁形成框架梁柱。結構的梁、柱剛度比大，整體性很強，墻肢大多出現(xiàn)反彎點，按壁式框架考慮。其中，α為剪力墻的整體性系數(shù)，表示連梁與墻肢抗彎剛度的比值，α越大，表面連梁對墻肢的約束越小，結構整體性越好。

為了使短肢剪力墻結構的墻體的受力性能和變形性能優(yōu)于異形柱，盡可能不將短肢剪力墻框架設計成壁式框架。考慮到短肢剪力墻小、大孔的特點，則不適合設計成整體的小開口墻結構，因此綜合安全性和經(jīng)濟性因素，應該把短肢剪力墻設計為α＜10，ζ≤［ζ］的連肢墻。

4.2短肢剪力墻的布置

（1）短肢剪力墻根據(jù)均勻性、分散性、對稱性、周邊的原則進行布置。均勻、分散是每個剪力墻側向剛度的要求，避免出現(xiàn)個別剛度特別大的剪力墻受力太集中現(xiàn)象的出現(xiàn)。對稱布局，可以使剛心和質心兩者重合，避免或減少結構收到的扭矩。剪力墻靠近結構單元的周邊布局，可以增加建筑物的外剛度，減小結構的扭轉周期。

（2）高層建筑不能全是短肢剪力墻結構。如果短肢剪力墻結構過多，可利用中部的豎向交通中心布置較多的剪力墻，形成完整或較完整的筒體或一般剪力墻來共同抵抗水平力。

（3）短肢剪力墻應布置在房間分隔墻的交點處且豎向荷載較大處，方便梁的支撐。在此過程中應使其盡量均勻分布，使其軸向應力不相差懸殊，而且也便于支撐樓蓋。

（4）短肢剪力墻可以根據(jù)結構受力的實際需要來確定其數(shù)量和長度?？捎苫咀哉裰芷趤砼袛嗉袅Σ贾檬欠窈侠?。短肢剪力墻應對齊，并拉直，以形成一個完整的的抗側力片。當然，不能完全做到時也容許局部相互錯開。

（5）建筑的外凸部分、平面外邊緣和角點處容易產生大的應力集中，應設置短肢墻加強其整體性，以滿足平面剛性和抗扭的要求。

（6）采用普通樓板時，短肢剪力墻的間距不應過大，以防止樓板在自身平面內變形過大，否則應采用預應力樓板。

4.3抗震薄弱環(huán)節(jié)與改善方法

根據(jù)工程實踐和試驗數(shù)據(jù)，剪力墻結構的抗震薄弱部位主要包括建筑平面外邊緣、角點處的墻肢、小墻肢、連梁等，當發(fā)生扭轉效應時，建筑平面邊緣和墻角的墻體會先斷裂；在地震作用下，高層的短肢剪力墻結構會出現(xiàn)較大的整體彎曲變形，周圍的小墻肢由于截面底部的面積小而承受更大的豎向載荷，損壞較為嚴重。而在短肢剪力墻結構中，墻體的剛度弱化，會增加連梁受剪切破壞可能性增加。因此，設計短肢剪力墻結構過程中需要對結構薄弱部位的設計加以強化。如結構布置應使其剛心和質心的位置越接近越好，減少結構的扭轉效應；對截面的軸壓比進行嚴格控制，保證墻體的承載能力和延性；提高短肢剪力墻的抗震等級；每層短肢剪力墻的剪力設計值要做必要的調整，與此同時。還要保證墻體截面的縱向鋼筋配筋率。在進行抗震設計時應注意對梁“強剪弱彎”的檢查，確保連梁的彎曲屈先于剪切破壞，進而發(fā)揮連梁的作用。

5　結語

現(xiàn)如今，高層住宅建筑都要求有大開間、平面及房間布置靈活、方便的特點，在對高層住宅建筑的過程中，關于短肢剪力墻結構的應用發(fā)展前景非常廣闊。在短肢剪力墻的結構設計中，應注意正確測定短肢剪力墻和短肢剪力墻結構，為了更好的掌握結構承載能力的有異性；必須結合短腿剪力墻結構的特點，以及對墻的合理布局；并針對該結構體系設計抗震薄弱環(huán)節(jié)，加強設計的薄弱環(huán)節(jié)，從而做出安全、經(jīng)濟、合理的結構設計。

［1］張王送.短肢剪力墻結構的抗震設計［J］.安徽建筑，2005，12（6）.

［2］《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ5-2002）［S］.

［3］于 群.小高層住宅中短肢剪力墻結構的設計應用［J］.中國科技信息，2005（19A）.

［4］楊星.PKPM軟件從入門到精通.

TU398.2

A

2095-2066（2016）25-0189-02

2016-8-22

郭 昱（1975-），男，工程師，本科，從事建筑結構設計工作。