短肢剪力墙结构设计的特点和注意事项

【关键词】短肢剪力墙；设计特点；注意事项 

　　前言 

　　近些年来，在现代城市的建设中，小高层以其独特的优越性成为当前住宅建筑中最受欢迎的建筑结构形式， 其优越性主要体现在土地利用率高，相对开发成本低，舒适性和便利性更强，户型也更加多样等几方面。尤其是采用短肢剪力墙结构的设计方式进行施工的小高层，更大程度了满足现代都市人对于住宅建筑内部更高的空间利用率和更灵活多样的室内设计的需求。短肢剪力墙结构，是在普通剪力墙结构的基础上根据人们对建筑日益增长的需求而发展而来的，并且逐渐成为现代小高层建筑结构设计中的主要设计方式。 

　　1.短肢剪力墙结构体系的优点 

　　随着短肢剪力墙结构体系在小高层建筑结构设计中的广泛应用，可以从实践中看出该结构体系的优点主要体现在满足小高层建筑的功能需求和满足结构设计需求这两大方面。 

　　首先，在建筑功能方面，短肢剪力墙的墙肢设计是与填充墙的厚度相同的，且短肢剪力墙与各个墙体之间的梁的连接是处于墙体的竖立平面内的，这就很好的实现了框架结构中梁柱外露的问题；在短肢剪力墙结构的施工中，大都是采用的较为轻质的建筑材料，以减少结构的负重荷载；短肢剪力墙由于其自身特性而在一定程度上增大了施工难度，但其能够很好的扩大建筑内部的有效使用面积，因此，仍然是具有很大推广价值的。 

　　其次，在结构设计方面，短肢剪力墙结构要比普通框架-剪力墙具有更好的隐蔽性，使墙肢与梁可以隐藏在墙体内，方便了用户对内部结构的灵活设计应用。且在设计中，短肢剪力墙对于墙的数量和肢长的确定也更加灵活， 可以通过计算建筑的抗侧力需求来确定数量的多少以及肢长的长短，同时，墙体刚度的大小和刚度中心位置的确定，也都可以根据实际情况灵活调整，使建筑结构设计更加贴合实际的需要。 

　　另外，在小高层住宅结构设计中，短肢剪力墙与常用的普通剪力墙体系相比，其具有的特点主要体现在以下几点：充分利用墙肢的承载能力， 避免传统剪力墙结构中墙体过长而通常为构造配筋的浪费；减轻结构自重，降低主体结构和基础造价，尤其对于地基承载力较低的地区经济效益显著；结构自振周期相对加大，弥补剪力墙体系抗侧刚度大，从而地震反应加大的缺点；主体结构中大多数墙肢呈受弯工作状态，从而保证墙体具有足够的延性。同时大多数连梁的跨高比大于25，保证整体刚度的同时降低连梁的自身刚度，避免连梁的剪切破坏，使连梁也具有足够的延性，以此来弥补剪力墙体系延性的不足。 

　　2.短肢剪力墙结构布置中需要注意的问题 

　　在短肢剪力墙的结构设计中， 结构布置的合理性是非常重要的，这是因为短肢剪力墙结构的抗震性能相对较差，为此，在结构布置中应充分考虑到加强抗震性的设计内容，注意结合相关技术概念和理论的应用，尽可能的提高结构的性能。一般来讲，在其结构布置中，需要注意到以下几点： 

　　（1） 短肢剪力墙应均匀布置，使墙的轴向应力差别不宜过大。竖向布置短肢剪力墙，尽可能做到墙肢上、下对齐、连续，尽量避免洞口错位，与连梁一起构成连续跨数较多的抗侧力体系。 

　　（2） 每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与之相连接， 连梁尽可能布置在墙肢的竖向平面内。短肢剪力墙应该尽量在另一方向上设置翼缘，尽可能避免有一字形短肢剪力墙出现。结构布置上考虑纵横墙的共同作用。 

　　（3） 短肢剪力墙应设计成强墙柱弱连梁的体系。所谓强墙柱，是指墙柱可采用强度等级高的混凝土，加强墙柱配筋：尽可能减少连梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墙体系计算更合理。 

　　（4） B级高度高层建筑及9 度抗震设计的A 级高度高层建筑，不能采用短肢剪力墙结构。 

　　（5） 最大适用高度比高规表中剪力墙结构的规定值适当降低，且7 度和8 度抗震设计时分别不应大于100m 和60m。 

　　3.结构计算模型和软件应用中易忽视的问题 

　　短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型同于普通剪力墙结构，将结构作为空间体系，粱和柱均采用空间杆单元，剪力墙单元模型。在计算上可采用的三维空间分析软件有开口薄壁计算模型，空间膜元，板壳单元模型以及墙组元模型。而目前短肢剪力墙结构广泛采用的是TAT（多层及高层建筑结构三维分析与计算软件）和SATWE（高层建筑结构空间有限及分析与设计软件）。但在实际的计算应用中，设计人员往往会视乎一些问题，主要体现在以下两点： 

　　3.1 总体计算中总信息的输入 

　　3.1.1 连梁的刚度折减 

　　高层建筑中的连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁按“强剪弱弯”的延性要求进行计算。多、高层结构设计中允许连梁的刚度有所下降，程序中通过连梁刚度折减系数来反映开裂后的连梁刚度。但应注意短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对较小，连接各墙肢的梁已类似普通框架粱，而不同于一般剪力墙问的连梁，不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁的要求，控制混凝上压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%、80%来解决。 

　　3.1.2 短肢剪力墙的抗震构造 

　　抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比普通剪力墙抗震等级提高一级；底部加强层应按规定调整剪力设计值，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一级抗震等级应分别乘以增大系数1.4 和1.2；短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm；抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%。其他部位不宜小于1.0%：新“抗震规范”出现了约束边缘构件这个概念，对抗震等级为二级及以上的短肢剪力墙，由于墙肢长度较短，约束边缘构件沿墙肢两个方向近于整段墙肢，为了加强墙肢抗震性能，可以把整段墙肢作为约束边缘构件考虑。 

　　3.2 程序输入和输出时应注意的问题 

　　转换层所在层号、框支梁、框支柱、角柱的指定。框支梁、框支柱、角柱是带转换层的复杂高层建筑抗震设计时需特别加强的构件。《抗震规范》和《高规》按“强剪弱弯”的原则，对其抗震等级和组合设计内力值进行调整，并采取相应的结构构造措施。因此，程序输入过程中正确指定转换层所在层号、框支梁、框支柱和角柱，对计算结果的合理输出是相当重要的。也是设计人员容易忽视的问题。 

　　4.结束语 

　　总之，小高层建筑中应用短肢剪力墙的结构设计方式要比其他结构设计方式更具优越性，针对当前短肢剪力墙的抗震性能较差以及计算中易出现错误的问题， 都需要我们不断加强和改进技术，进一步完善短肢剪力墙结构的性能和设计方法，使剪力墙结构体系能在小高层建筑的发展中得到更广泛的应用。