短肢剪力墙在小高层住宅中的利用

摘 要：随着小高层住宅建设的发展，短肢剪力墙结构被广泛利用。本文介绍了短肢剪力墙结构的特点及结构布置，论述了短肢剪力墙结构的计算分析和设计中应注意的问题。

1 短肢剪力墙结构体系特点

随着社会的发展，经济水平的提高，住房条件的改良，逐步兴起许多小高层住宅的建设，其中有大量11层、12层的小高层住宅，短肢剪力墙正广泛利用于小高层住宅建筑中。

钢筋混凝土短肢剪力墙是剪力墙体系中的1种，是指肢长和厚度比在5~8之间的剪力墙，通常采取T形、L形、Z形等情势，偶尔也采取10形和1形。短肢剪力墙结构既保存了异形柱不凸出墙面的优点，又克服了异形柱框架抗震性能不理想等缺点。

短肢剪力墙可结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本不与建筑使用功能产生矛盾；墙的数量可多可少，肢可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置以调剂刚度和刚度中心的位置；能灵活布置，可选择的方案较多，较易处理楼盖的支承；连结各墙的梁，亦随墙肢位置而位于间隔墙竖平面内，属于隐蔽型；视建筑平面及抗侧力的需要，把中心竖向交通区处理成筒体或短肢剪力墙；短肢剪力墙的短墙肢虽然同异形柱框经结构体系的异形柱1样截面抗扭不利，但由于其墙肢较长，受力接近剪力墙的墙肢，结构体系趋于公道。

此种体系一样适用于单元式高层住宅。由于上述特点，在结构布置方面灵活性及可调剂性大，因此容易得出公道的结构方案。因此，由于它的灵活性较大，随之结构布置也可能有较大的差别，从而致使有不同的结构设计效果。

2 短肢剪力墙的结构布置

短肢剪力墙结构的1般布置原则：短肢墙的数量应当适中，满足竖向荷载和抗侧力需要便可；短肢墙应尽可能均匀散布，其轴向应力不应相差差异；当有抗震要求或风力较大或平面凹凸较多时，在平面外边沿及角点处，特别是外凸部份，布置必要的短肢墙以加强其整体性和满足平面刚性的要求；各短肢墙应尽可能对齐、拉直，使之与连梁1起构成较规整且连续跨数较多的抗侧力片，当不能完全做到时也允许局部相互错开；每道短肢墙宜与两个方向的梁连结，连梁尽量布置在墙肢的竖平面内，连梁宽度1般宜与墙肢厚度相等；墙肢不宜过厚，尽可能不凸出或少凸出间隔墙表面，但亦不应太薄以致使稳定性差和施工困难，以采取200，250或300为好；可以混合布置部份较长的墙或矩形柱；在抗震设计中，筒体和1般剪力墙承受的第1振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构底部地震倾覆力矩的50%。

这类结构体系通常利用中部由楼梯、电梯及竖向管道等构成的竖向交通区设置较多的剪力墙，组成1个较完全或基本完全的筒体（整幢建筑承受竖向荷载和抗侧力的主要部份。）外围部份的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置，设置适当的钢筋混凝土短肢剪力墙，在各短肢剪力墙的墙肢间布置连系梁，把这些短肢墙和核心筒连成1个整体，构成整幢建筑的结构体系。

3 短肢剪力墙的计算分析

对短肢剪力墙结构体系的理论和实验研究主要都是以分析结构的整体性能为主，从力学性能而言，短肢剪力墙更接近于剪力墙，应按剪力墙进行计算而不宜依照扁柱计算。短肢剪力墙结构宜采取3维空间分析模型进行分析，通过静力弹塑性分析进行结构计算。

对短肢剪力墙结构的分析计算通常有TBSA、TAT、SATWE等软件，前二者均采取的是开口薄壁杆件计算模型，其中梁柱为普通空间杆件，每端有6个自由度，墙体视为薄壁杆件，每端有7个自由度。斟酌了墙单元的非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵构成总的刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无穷大的假定减少部份未知量来求解的，它的计算模型是空间杆－薄壁杆系模型。它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。运算速度较墙元模型的软件快很多，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1些不足，主要是薄壁杆件理论没有斟酌剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不调和。

而SATWE采取的是板壳计算模型，SATWE鉴戒了SAP84的墙元概念，在节点等参壳元的基础上，采取静力凝聚原理构造了1种通用墙元来摹拟剪力墙，其特点是用每个节点6个自由度的壳元来摹拟剪力墙单元，剪力墙既有平面内的刚度，又有平面外的刚度。所以楼板既可以按弹性楼板斟酌又可以按刚性楼板斟酌，对短肢剪力墙来讲是接近于实际情况的。

同济大学的摹拟地震振动台实验表明，利用SATWE软件中的壳元来摹拟，同时采取弹性楼板假定斟酌大开间中楼板对抗侧刚度的贡献，可以公道地计算高层大开间剪力墙结构体系，计算结果和实验结果更接近。

4 短肢剪力墙结构设计应注意的问题

①要严格控制短肢墙的轴压比，特别是无翼缘或端柱的1字形短肢剪力墙，现行规范也强调了这1点。根据国内外研究结果，在承受压弯作用的剪力墙中，当处于小偏压状态时，墙的延性较差。不但如此，即便在大偏压状态下，若轴压比较大，混凝土受压区的边沿应力很高，如果混凝土没有束缚或束缚不够，可能混凝土先到达极限压应变，出现竖向裂缝，乃至压碎，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，并从变形能力动身规定了轴压比限值，同时提出了按混凝土压应变大小设置的束缚边沿构件的设计方法，这是10分必要的，只有这样才能保证短肢墙的延性。

②应采取3维计算方法进行结构的动力特性分析和杆件内力计算。这时候对竖向构件又有薄壁杆模型与墙元模型，前者是1种简化模型，但精确度较低；后者是板元与膜元的组合，是1种高精度力学模型。

③短肢墙结构不宜做得太高。短肢剪力墙住宅结构体系大多数是每层6～8户，各住宅单元置疑中部筒体呈围绕状布置，全部结构基本对称，多为20～30层；当受用地限制时，每层3～4户，通常布置在筒体的3边，层数多为12～20层。

④短肢墙截面情势宜优先采取L、T、10字形等，不宜采取1字形，外墙转角处不应采取1字形；同1构件各方向墙肢的厚度应尽量相等，墙厚应严格按现行规定，墙厚最好不小于200㎜，以利于保证墙、梁的有效断面。

⑤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：剪力墙开洞构成的跨高比小于5的连梁应按连梁进行设计；当跨高比不小于5时宜按框架梁进行设计，但现行设计软件仿佛没有斟酌这1点。设计时比较公道的办法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，不应做连梁刚度的折减。这样做既能使梁截面设计易于满足规范的要求，也是偏于安全的。

⑥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，应适当进行周期折减，以加大地震力，增加安全储备。

⑦短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边沿及角点处的墙肢，特别是1字形短肢剪力墙，可出现先于与其相连的梁破坏的情况。设计中，应加强位于建筑外边沿及角点处的短肢剪力墙的延性抗震构造措施，避免将1字形短肢剪力墙布置在建筑外边沿及角点处。

5 构造要求

短肢剪力墙结构的构造要求与1般剪力墙结构1样。短肢剪力墙1般适用于“小高层”结构。由JGJ3⑵002中第7.2.17条，4级抗震的剪力墙端部暗柱可设，也可不设。目前各设计院在短肢剪力墙的结构设计中有2种情势：1种是端部做暗柱，设置剪力墙水平和竖向散布筋；另外一种有点类似异形柱的配筋方法，以腹部均匀配筋，腹部钢筋面积根据电算时人为设置竖向散布筋的配筋率来计算，电算出的暗柱钢筋面积放在端部。这2种配筋情势何种更加有益，需视实际情况而定。对肢长较短的短肢剪力墙，后者的配筋情势较为简化，有益施工，且用钢量稍偏优；对肢长较长的短肢剪力墙，应采取前者的配筋情势设暗柱。

6 结语

短肢剪力墙结构体系由于本身的优点，它可以灵活布置，墙肢可长可短，房间内不会出现露梁露柱的现象，且短肢剪力墙的抗震性能也优于异形柱结构，因此充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后，并选择公道的布置情势，它将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。