谈建筑工程中短肢剪力墙的结构设计

徐　敏

摘 要：本文简述了短肢剪力墙结构的定义及优点，对短肢剪力墙结构设计中的几点注意事项作了阐述，供大家参考。

关键词：短肢剪力墙；短肢剪力墙结构；短肢剪力墙结构的判定

1 前言

短肢剪力墙结构是一个结构领域的新名词，确切的应称其为较多短肢的剪力墙结构，它是近年来兴起的，由于其有利于住宅建筑布置，进一步减轻了结构自重，从而降低了基础及上部结构的造价，很得建筑发展商的青睐，应用也逐渐广泛起来。

2 短肢剪力墙结构的定义及优点

短肢剪力墙是指墙的肢长与墙的厚度比为5-8的一种剪力墙结构。其有以下优点：

(1)符合建筑的需要：连接各墙的梁，位于隔墙竖向平面内，属隐蔽型，利用隔墙位置来布置竖向构件，使结构受力需要与建筑使用功能较好地统一起来，避免了框架结构中梁柱突出墙面的问题。当下部层数要求为大空间时，较易通过转换结构来处理上下结构的关系。

(2)结构布置灵活：墙的数量可多可少，肢长可长可短，根据抗侧力的需要而定，还可以通过不同的尺寸和布置调整刚度及刚度中心的位置。

(3)节能降耗：由于减少剪力墙而代之以轻质砌体，房屋自重可以减轻，地震作用也随之减小，因而有利于降低造价。另外，由于外墙墙面相当一部分面积采用了轻质保温材料，代替钢筋混凝土墙面，房屋的保温隔热性能也得到改善，这有助于建筑节能目的的实现。

3 短肢剪力墙结构的布置原则。

3.1短肢剪力墙主要布置在房间间隔墙的交接处，墙肢的数量要根据具体的抗侧力要求进行确定，不能过多或过少，以免结构过刚或者过柔。

3.2 短肢剪力墙应该尽量均匀布置，以保证建筑物的刚心和质心相一致，避免在地震中发生扭转。

3.3 在结构布置上，要是短力墙尽量对齐拉直，使其形成成片的联肢抗侧力结构。

3.4 当水平荷载较大时或者建筑物造型不规则时，应该在平面外各角点及边缘处布置短肢剪力墙来满足结构平面刚度的要求和加强结构的整体性。

3.5 为了避免墙肢凸出各间隔墙表面。墙肢一般不宜过厚。

4 短肢剪力墙的受力特点

目前，对于短肢剪力墙为何定义为墙肢高度比为5～8的剪力墙并没有明确说明理由。事实上，短肢剪力墙介于联肢墙与异形框架柱之间，它属于联肢墙的一种界限情况，与一般的联肢墙相比，它的墙肢截面高度要短一些，但它仍属于剪力墙的范畴。下面以双肢墙为例来说明短肢剪力墙的受力特点。它由两个T形截面的墙肢和一系列连梁组成的联肢墙。设水平荷载在离墙底为z的高度处产生的弯矩为M，由平衡条件知：

M=M1+M2+N1

式中：Ml、M2分别为离墙底高度为z的水平截面上，由墙肢1、2单独承担的变矩，它使单个墙肢截面产生弯曲，称为局部弯矩；N为该处墙肢截面的轴向力；L为两墙肢截面形心之间的距离L=LI+L2。

显然NL表示由两个墙肢整体工作的组合截面所承担的弯距，它使组合截面产生弯曲，其中一个墙肢受拉，另一个墙肢受压，因此将NL称为整体弯矩。

短肢剪力墙在倒三角形水平荷载作用下墙肢的局部弯矩、墙肢轴力所产生的整体弯矩以及外荷载产生的总弯矩之间的关系。不难看出，整体弯矩随着整体性系数的增加而增大，而局部弯矩则随着整体性系数的增大而减小。

现在再将连梁沿跨中截开，开该处的弯矩为零，剪力为Vbi。式中，Vbi为i层连梁对两个墙肢提供的弯矩贡献，称为结束弯矩。

可见，整体弯矩是由连梁的剪力作用提供的，剪力墙某一水平截面上的整体弯矩等于此截面以上所有连梁对墙肢的约束弯矩的总和，这就是连梁的贡献。在短肢剪力墙中，整体弯矩比局部弯矩大得多，所以剪力墙的主要受力特点是以整体弯曲为主，大多数楼层的墙肢没有反弯点。整体水平位移曲线与竖向悬臂柱相似，是以弯曲型为主。即下一楼层的相对层间位移比上一层的小，这对结构是有利的。

5 短肢剪力墙结构设计的相关规定

5.1 短肢剪力墙结构的必要条件

抗震设计时，简体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构部底部地震倾覆力矩的50％。若由短肢墙承受的地震倾覆力超过50％，说明短肢剪力墙所占的比例过大，这在规范上是不允许的。若由短肢墙承受的地震倾覆力矩很小，则此结构应视为一般剪力墙结构，不用定义为短肢剪力墙结构。当采用PKPM软件计算时，这一条件的实现与否可以SATWE的WV02O．OUT文件中查看，或在TAT的NL-1．OUT文件中查看到。

5.2 短肢剪力墙的应用范围

(1)B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高层建筑，即使设置简体，也不能采用；

(2)其最大适用高度比《高层建筑混凝土结构技术规程》表4．2．2—l中剪力墙结构的规定值适当降低，且7度和8度抗震设计是分别不应大于100m和60m。

短肢剪力墙的抗震加强

(1)抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用。

(2)抗震等级为一、二、三级时的轴压比分别不宜大于0．5、0．6、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。

(3)除底部加强部位应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7．2．1O条调整剪力设计值外，其他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。

(4)底部加强部位的纵向钢筋配筋率不宜小于1．2％，其它部位不宜小于1．O％。

(5)墙体厚度不应小于200mm，混凝土强度等级不应低于C25。

6 短肢剪力墙结构的截面设计

6.1 墙肢厚度≥200，且按抗震等级为一、二级时短肢剪力墙的截面厚度，底部加强部位≥1／16层高，其它部位≥1／20层高，当为无端柱或翼墙的一字形剪力墙时，底部加强部位的截面厚度≥1／12层高，其它部位≥1／15层高；按抗震等级为三、四级时短肢剪力墙的截面厚度，底部加强部位≥1／20层高，其它部位≥1／25层高。

6.2 短肢剪力墙应进行剪压比、轴压比验算，正截面、斜截面的计算，计算过程和计算公式与普通剪力墙一致。

6.3 短肢剪力墙之间的连梁应进行剪压比验算，正截面，斜截面的计算，计算过程和计算公式与普通连梁一致。

6.4 在设计中。经常会遇到连梁超限的情况，“高规”第7．2．25条提出了三种处理方法：(1)减小连梁高度，降低连梁的刚度。对于高度很大的连梁，可以双连梁的办法来解决。双连梁可近似折算为一根梁，梁宽等于两倍墙厚，梁高取实际梁高，计算所得配筋均分给上下两根连梁。在构造上应注意两根连梁应采用轻质材料填缝。(2)对连梁弯矩及剪力进行调幅，但在整体计算时已将连梁刚度进行折减的，不应再考虑调幅。无论用什么方法，连梁调幅后的弯矩及剪力设计值不应低于正常使用状态下的值，也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值。因此“高规”建议在一般情况下，可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前弯矩的0．8倍(6-7度)和0．5倍(8-9度)。同时，当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位的连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。(3)当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时(如跨度较小的洞口连梁)，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计，连梁则可根据实际截面按构造配筋，做到“强剪弱弯”即可。以上三种方法在不同软件中，实现的方式是不同的，在具体设计过程中，还应参照软件说明书进行调整。

结束语

随着设计方法的不断更新，短肢剪力墙结构体系中的运用将会越来越广泛。但是由于国家一直没有统一的规程、规范，因此导致其在应用方面受到了一定的制约，应尽快制定出相应的规范，以使该设计方法在实际应用中更合理、更安全。