现代建筑短肢剪力墙结构设计的应用探析

现代建筑短肢剪力墙结构设计的应用探析

摘要：本文主要对短肢剪力墙结构体系的特点和优势及其设计与计算进行了分析，并结合工程实例进行了探讨，总结了实际工程中需注意的一些问题，以供同仁参考。

关键词：短肢剪力墙；特点；优点；设计；计算；实例分析； 注意问题

一、前言

剪力墙结构具有室内无露梁、露柱的现象，用于房屋结构中具有刚度大、简洁等特点，因此，在现代建筑中得以广泛应用。本文主要对短肢剪力墙结构体系的特点和优势及其设计与计算进行了分析，并结合工程实例进行了探讨，总结了实际工程中应注意的一些事项，以供同仁参考。

二、短肢剪力墙结构体系的特点与优势

短肢剪力墙体系在一种结合建筑平面进行设计的过程，其在工作中通过利用间隔墙的位置来布置相关的属相构件，同时其基本上不去考虑建筑使用功能发生冲突与矛盾。在小高层建筑工程项目中，短肢剪力墙的数量可多可少、结构可大可小，其中肢长也是可以进行控制的，主要的应用措施和方式通常都是根据抗侧力的需求来进行分析和制定的。随着工程设计技术的逐步完善，短肢剪力墙结构在布置的方面也存在着灵活性大、可彼此进行调整的优势，同时对于各项方案的选择也较多，能够处理楼层中存在的各种不足。其主要的优势主要可以分为以下几种：

（1）满足建筑功能的需要。1）墙肢与填充墙等厚，连接各墙的梁位于隔墙竖向平面内，避免框架结构中梁柱突出墙面的问题；2）填充墙体采用轻质材料，符合墙体改革的方向；3）虽然短肢墙构件增加了施工难度，且便于空间功能的使用和布置。

（2）满足结构设计的需要。在小高层住宅中，与常用的框架——抗震墙体系相比，其虽然具有受力明确，计算简单等优点，但其柱子截面大，梁柱外露，影响美观和使用，在平面复杂多变的情况下结构布置体系难以趋于合理，结构分析计算变得较为困难。而短肢剪力墙体系，墙肢和梁可隐蔽，结构布置灵活，墙体的数量和肢长根据抗侧力的需要而定，数量可多可少，肢长可长可短，还可通过不同的尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置。

三、短肢剪力墙结构设计及其计算

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、

配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中，只需按剪力墙

输入即可，而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用

的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有6

个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有7个自由度（多一个截面翘曲角，即扭转

角沿纵轴的导数），考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚

度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后

求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在

分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂（如有转换层）时，也存在一些不足，主

要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。

而短肢剪力墙结构由于肢长较短（一般为墙厚的5-8倍）。抗震设计时，短肢

剪力墙的抗震等级应比高规4.8.2规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用。抗

震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压

比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；对于无翼缘或端

柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。抗震设计时，除底部

加

强部位应按高规7.2.10条调整剪力设计值外，其它各层短肢剪力墙的剪力设计

值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。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%，其它部位

不宜小于1.0%。剪力墙截面厚度不应小于200mm。7度和8度抗震设计时，短

肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面

梁。

四、短肢剪力墙结构设计应用实例分析

下面是本人在实际工作中所做的某商住楼工程设计实例。

上图1为某商住楼的二层墙柱结构平布置图的前面部分，图中表示的墙为建筑图首层的墙，本建筑首层层高为6m，如果按照一般剪力墙的概念来操作，本层的墙的墙厚要做到450mm，由于首层此位置为商铺所在，为让商铺在平面及空间上尽量不露出墙柱或墙柱不宜往外突出太多以至影响商铺的使用及墙柱轴压比限制原因，本层剪力墙在墙厚满足了20分之一的层高，即厚300mm后，不再执行墙厚满足大于等于300mm厚且墙厚满足了15分之一的层高可认为是一般剪力墙的补充规定，将此墙做成短肢剪力墙，如图1中的墙1，此墙1短肢方向为300×600，长肢方向为300×1600，在设计计算时并将此墙的抗震等级提高为二极抗震，并采取了相应的抗震构造措施，如设置约束边缘构件等措施，这就可以解决了首层商铺的平面使用功能，得到客户的认可。

五、短肢剪力墙结构设计应用需注意的问题

短肢剪力墙结构抗震性能较差，故应加强抗震薄弱环节，注重概念设计，满足高规要求。1）结构的动力特性分析和杆件内力计算采取三维计算方法。这时对于竖向构件又有墙元模型与薄壁杆模型，前者是板元与膜元的组合，是一种高精度力学模型；后者是一种简化模型，但精确度较低；2）要严格控制短肢墙的轴压比，尤其是无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙。据国内外研究结果显示，在承受压弯作用的剪力墙中，当处于小偏压状态时，墙的廷性较差。不仅如此，即使在大偏压状态下，若轴压比较大，混凝土受压区的边缘应力很高，如果混凝土没有约束或约束不够，可能混凝土先达到极限压应变，出现竖向裂缝，甚至压碎，使构件丧失变形能力和承载能力。因此规范引入剪力墙的变形能力要求，并从变形能力出发规定了轴压比限值，同时提出了按混凝土压应变大小设置的约束边缘构件的设计方法，这是十分必要的，只有这样才能保证短肢墙的延性；3）短肢墙截面形式不宜采用一字形，宜优先采用L、T、十字形等，外墙转角处不应采用一字形；为了有利于保证墙、梁的有效断面，同一构件各方向墙肢的厚度应尽可能相等，墙厚最好大于200mm；4）要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性规程规定：按连梁进行设计剪力墙开洞形成的跨高比小于5的连梁；按框架梁进行设计剪力墙开洞形成的跨高比不小于5的连梁。设计时比较合理的办法就是把短肢墙平面内的梁按规范进行分类设计，但在做抗震分析时，为了使梁截面设计易于满足规范的要求，同时也为了安全考虑，不应做连梁刚度的折减；5）短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢，特别是一字形短肢剪力墙，可出现先于与其相连的梁破坏的情况。因此，设计中，为了避免将一字形短肢剪力墙布置在建筑外边缘及角点处，应加强位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙的延性抗震构造措施；7)应按规定提高短肢墙结构的抗震等级，以便提高其配筋量；短肢剪力墙结构较柔，周期较长，为了加大地震力，增加安全储备，应适进行周期折减。

六、结论

总之，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，在设计短肢剪力墙结构时，应多结合住宅特点，使结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部设计，从而做到结构设计安全、经济、适用。

参考文献

[1]高层建筑混凝上结构技术规程（JGJ3-2002），2002

[2]广东省实施《高层建筑混凝上结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定，2005