论短肢剪力墙结构设计

　　摘 要：本文主要从短肢剪力墙结构布置、构造设计、连梁设计、抗震等方面对短肢剪力墙结构设计进行阐述。

　　关键词：短肢剪力墙;设计;构造;抗震

　　0引言

　　短肢剪力墙结构体系广泛地应用于小高层及部分高层住宅类建筑的结构设计中。短肢剪力墙结构是由剪力墙结构发展而来，属于剪力墙结构体系，同时又吸收了异形柱框架结构的优点，具有布置灵活、墙肢厚度基本与填充墙等厚而不露梁柱、便于房间的使用，同时还具有质量轻地震作用小、节省材料等优点，但是由于目前结构理论界和设计行业中是否采用短肢剪力墙体系于高层住宅中仍有一些争论，其抗震性能相对较差，还需要对短肢剪力墙在抗地震水平力方面更进一步的研究。设计应选用适合的计算软件，合理选用计算分析方法，以及对相关计算模型和参数的确定，加强对其进行概念设计，充分发挥短肢剪力墙优势。

　　1短肢剪力墙的布置

　　(1)短肢剪力墙结构应布置必要数量的筒体或一般剪力墙，以形成共同抵抗水平力的剪力墙结构。短肢剪力墙数量的上限为其承担的倾覆力矩不宜大于总倾覆力矩的50%，否则调整设计，B级高度的高层建筑及9度抗震设防的A级高度高层建筑不宜布置短肢剪力墙。

　　(2)短肢剪力墙结构中包含的短肢剪力墙应有一定数量，避免结构太刚或太柔，满足竖向荷载和抗侧力需要即可。一般低于上限10%左右，如果短肢剪力墙太少的话，不宜按短肢剪力墙结构进行设计。实际工程中，可以考察短肢剪力墙承担的倾覆力矩比值，或承担的楼层面积比值，或其截面积所占的比值来判断。

　　(3)短肢剪力墙肢间距不宜过大，在平面外边缘及角点处，特别是外凸部分，布置必要的短肢墙，既有利于梁的支撑，又可以分散荷载，以加强其整体性和满足平面刚性的要求。

　　(4)当建筑上下部结构不完全相同，各楼层剪力墙布置形状及数量不一致时，应注意考察结构底部情况，以底部短肢剪力墙承担的地震倾覆力矩所占比值来判断。

　　2短肢剪力墙的结构的判断和计算分析方法

　　(1)短肢剪力墙在实际中的判定

　　在实际中，由于L形、T形、十字形和Z形的短肢剪力墙的大量应用，比一字形短肢剪力墙的抗震性能强，延性及平面外稳定性较好，所以规范要求短肢剪力墙尽可能设置翼缘。按照新的规范条文说明，短肢剪力墙必须是各墙肢的肢长与截面厚度比的在4~8的剪力墙，PKPM软件按此定义搜索和判断短肢剪力墙，在根据计算结构文件wv02q.out中给出的短肢墙在底部的抗倾覆力矩判断是否为短肢剪力墙。

　　(2)结构计算分析

　　短肢剪力墙结构的计算，首先要选用合适的计算软件，合理地选择计算分析方法。确定计算模型和相关参数并加强对计算结果合理性的判断，特别要加强概念设计。一般来说短肢剪力墙是由于对一般剪力墙进行大开口而形成的，所以，基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆系一薄壁柱空间分析方法，或空间杆一墙组元分析方法。其中空间杆一墙组元分析方法的计算模型更符合实际，精度更高。

　　3短肢剪力墙结构应采取的抗震设计

　　(1)短肢剪力墙结构最大适用高度应适当降低，7度、8度(0.2g)和8度(0.3g)抗震设计时不应大于100m、80m和60m，如无可靠经验，适用高度可按剪力墙结构降低20%考虑。

　　(2)不宜采用一字型短肢剪力墙，不宜在一字型短肢剪力墙布置平面外与之相交的单侧楼面梁。

　　(3)短肢剪力墙主要承担竖向荷载，在水平的荷载中只起到辅助作用，短肢剪力墙的重力荷载的作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三级短肢剪力墙的轴压比不宜大于0.45、0.50和0.55;一字型截面短肢剪力墙的轴压比限值相应减少0.1。短肢剪力墙的厚度在底部加强区不应小于200mm，其余部位不应小于180mm。

　　(4)短肢剪力墙的剪力设计值，不但底部加强部位应按规范调整，其他各层也要调整，一、二、三级抗震等级应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1，避免短肢剪力墙过早剪坏。

　　(5)短肢剪力墙全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%，其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。

　　(6)短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm，且应设置翼缘。

　　(7)各短肢墙应尽量对齐、拉直，使之与连梁一起构成较规则且连续均匀的抗侧力片，并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接，避免无连接梁相连的延性较差的秃墙。

　　4短肢剪力墙结构延性设计措施

　　(1)连梁的延性设计措施;在实际工程中要使连梁设计满足“强剪弱弯”的原则，设计出延性较好的连梁应考虑，控制连梁的跨高比(以T形截面墙肢为例)。

　　连梁跨高比22.32.63.0

　　位移延性比2.793.613.962.61

　　表1连梁跨高比对T形试件延性性能的影响

　　从表1中可以看到：在连梁跨高比增长过程中，试件延性比变化幅度很大。延性比上升达到峰值后，快速下降。这说明选择一个合理的跨高比对结构的安全性和经济性都是重要的，分析可知连梁并不是越刚越好，连梁刚度大反而影响墙肢的延性性能，连梁刚度太小时，极限荷载和延性比都减小，墙肢抵抗变形的能力差。

　　(2)交叉斜撑配筋;在交叉配筋连梁中，连梁的剪力由交叉斜撑承担，交叉斜撑起拉杆、压杆作用，形成桁架传力途径，若混凝土破碎，桁架仍能继续受力，对墙肢的约束弯矩仍起作用。

　　5短肢剪力墙的连梁设计

　　在实际工程中要使连梁设计满足“强剪弱弯”的原则就必须考虑以下几个方面 ：

　　(1)对连梁刚度进行折减

　　连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝，刚度减弱，内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。折减系数在实际设计中可取大于等于0.55 的调整系数以使截面设计符合规范要求。

　　(2)增加连梁跨度

　　在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁抗剪超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于20%，并保证不小于风荷载作用下的连梁弯矩，以满足正常使用下连梁不出现裂缝等不利影响，同时，连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。

　　(3)增加剪力墙厚度

　　亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的效应增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

　　(4)提高混凝土等级

　　混凝土等级提高后，结构的地震作用效应增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

　　地震区高层建筑的剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。

　　6短肢剪力墙结构在设计中需重视的问题

　　(1)由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防;

　　(2)短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，应加强其抗震构造措施，如减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率;

　　(3)高层短肢剪力墙结构在水平力作用下，显现整体弯曲变形为主，底部外围小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力，由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂，因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量，加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接，避免形成孤立的“一”字形墙肢;

　　(4)各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近，必要时用长肢墙来调整刚度中心;

　　(5)高层结构中的连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，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，应按普通框架梁要求，控制砼压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%-80%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。

　　结束语：

　　随着我国城市化进程的加快，城市住宅用地日趋紧张，高层建筑也越来越普遍，使得短肢剪力墙结构体系的广泛运用。随着设计技术的进一步提高，对短肢剪力墙结构研究也不断的加深，采用合理的设计，加强结构的概念设计，以便更好的发挥短肢剪力墙的实用性、经济性。

　　参考文献：

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