浅议短肢剪力墙结构

佟盛勋

端木庆辉大连市建筑设计研究院有限公司，辽宁 大连 116021

0 引言

近年来，随着人们对多层、小高层住宅的要求越来越高，普通框架结构露梁露柱，而普通剪力墙结构对空间分割限定严格，已经越来越不能满足要求。于是，结合普通框架结构和普通剪力墙结构的优点，就形成了短肢剪力墙结构。短肢剪力墙结构克服了框架结构和剪力墙结构的缺点，即满足了建筑队空间分割和房间布置的要求，又可以减少剪力墙数量替代以轻质隔墙减轻自重，同时降低结构刚度，使地震作用减小，有利结构抗震，得到了业主和工程设计人员的肯定，逐渐受到了推广。

1 短肢剪力墙结构的简要介绍

短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5倍～8倍剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型等。对短肢剪力墙结构的设计计算，应考虑其是剪力墙大开口而成，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。短肢剪力墙数量的上限：《高层建筑混凝土结构技术规程》7.1.2条规定，“抗震设计时，筒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总底部地震倾覆力矩的50%”，这个规定是短肢剪力墙数量的上限，即基承担的底部地震倾覆力矩不应超过总底部倾覆力矩的50%。短肢剪力墙数量的下限：规范没有明确规定短肢剪力墙数量的下限，用户可以灵活掌握，短肢剪力墙结构中包含的短肢剪力墙应“较多”，其数量下限一般可控制在地狱上限的一个较小范围内（约10%左右），超过此范围不宜按短肢建立墙结构进行设计。

2 结构计算模型和软件

对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以，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。目前短肢剪力墙结构广泛采用中国建筑科学研究院PKPM-CAD工程部的两个计算软件，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)。TAT采用的是三维空间模型，对剪力墙采用薄壁柱单元计算原理，对梁柱采用空间杆系计算原理；SATWE SATWE是以壳元理论为基础构造一通用的超单元墙元为模拟剪力墙，它不仅具有平面内刚度，也具有平面外刚度，可以较好地模拟剪力墙的受力状态。剪力墙既有平面内的刚度，又有平面外的刚度，楼板既可以按弹性考虑，也可以按刚性板考虑，这是一种接近实际情况的模型。结构设计时应针对建筑特点选择合适的结构计算软件。

3 短肢剪力墙结构设计应注意的问题

1）根据国内外有关研究成果，当剪力墙受压弯作用，在小偏心状态下延性较差；在大偏心状态下，轴压比较大时，若混凝土没有约束或约束不够时，有可疑混凝土先与钢筋破坏。因此，为保证结构延性，应严格控制短肢剪力墙的轴压比；

2）应采取三维计算方法进行结构的动力特性分析和杆件内力计算。当采用壳元模型时，应加细单元的划分；短肢剪力墙结构有时用薄壁杆元（TAT）可能更合适。因短肢墙的模型更符合薄壁杆元模型，采用壳元则有单元划分不细的问题；

3）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，可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；

4）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，短肢剪力墙承担的底部地震倾覆力矩不应超过总底部倾覆力矩的50%，否则应调整设计，可增加长墙肢调整刚度中心位置，使刚度中心位置与形心接近；

5）对于短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节，如建筑外边缘及角点处的墙肢，应减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率，加强小墙肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙，以保证结构的安全性、实用性；

6）短肢建立墙的连梁不宜过强，应设计成截面、刚度较小的弱连梁，以满足强剪弱弯的要求。对跨高比小于5的连梁按连梁设计，对于跨高比大于5的应按框架梁设计，设计时墙肢刚度可相对减小，而连接各墙肢之间的梁刚度不应折减。

4 运用结构计算软件容易忽视的问题

4.1 总体计算中总信息的输入

1）对于带转换层的短肢剪力墙结构，计算时，应取较多振型数，以保证振型参与质量达到总质量的90%以上。当结构层数较多或者刚度突变较大时尤其是高位转换，高振型影响明显增大，因此计算式计算分析时建议多取振型数。

2）普通剪力墙结构中，连梁作为耗能构件，允许连梁刚度有所下降，程序中通过连梁刚度折减系数来体现，以保证结构延性；但是在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度较小，连梁受力类似框架梁，对于跨高必大于5的梁，应按框架梁设计，而不再进行刚度折减，可通过塑性调幅来调整其支座负弯矩。

3）短肢剪力墙的抗震构造

（1）抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级提高一级；

（2）除底部加强部位调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级分别放大1.4和1.2；

（3）短肢剪力墙全部纵筋配筋率，底部加强区不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%；

（4）抗震等级为一、二、三级时，轴压比不宜大于0.5、0.6、0.7；无翼缘或端柱的一字型短肢剪力墙，轴压比限制降低0.1。

4.2 程序输入和输出时应注意的问题

1）短肢剪力墙结构的抗侧力构件，宜使两个主要受力方向的刚度和承载力相近。如果X方向或者Y方向中一个判定为短肢剪力墙结构，另一个方向判定为一般剪力墙结构，应两个方向按各自分析确定效应和配筋，即分别设定结构类型计算两次，各取相应的计算结果；或从严掌握，都按短肢剪力墙结构进行整体计算和配筋；

2）对上部塔楼是短肢剪力墙结构，下部裙房是框架—剪力墙结构的框支转换短肢剪力墙结构，应在结构体系设置时，按短肢剪力墙结构和复杂高层结构各计算一次，从严掌握。因为该结构同时符合两类特殊结构特征，而规范对这两类结构的要求各有侧重，需要调整和加强的内容各不相同，因此应按两类特殊结构特征各自分析，确定效应和配筋。

[1]张王送.短肢剪力墙结构的抗震设计[J].安徽建筑，2005，12(6).

[2]JGJ5-2002.高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]于群.小高层住宅中短肢剪力墙结构的设计应用[J].中国科技信息，2005(19A).

[4]杨星.PKPM软件从入门到精通.