论短肢剪力墙结构在小高层建筑中的设计与应用

邓志勇 王晓瑜

摘要：随着社会的发展，越来越多的住宅小区出现，人们对高层住宅平面与空间的要求也越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是，短肢剪力墙结构在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，受到了建筑师的肯定，更得到了住户与房开商的欢迎，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式，在现代住宅建筑应用中起到重要作用。本文结合笔者多年工作经验，详细探讨了小高层住宅剪力墙结构设计中的短肢剪力墙结构设计。

关键词：短肢剪力墙 结构 设计 小高层 灵活

1、布置原则

在小高层短肢剪力墙结构中，应该按照相关的位置需要来对墙肢进行布置，这样不仅可以满足抗震的要求，还可以使得结构发挥出最大的优势。进行短肢剪力墙布置的时候，应注意使结构的刚度适宜，传力路径明确，结构专业应较早地介入建筑专业的方案设计，使结构布置既能满足建筑功能的要求，又能做到经济合理，短肢剪力墙总的布置原则是：均匀、分散、对称、周边，布置时主要应遵守以下几个原则：

1.1高层建筑不应全部是短肢剪力墙结构，若短肢剪力墙较多，可在竖向交通中心区布置筒体或一般剪力墙来共同抵抗水平力。

1.2短肢剪力墙应布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处，但不必在每个墙交接处设短肢墙。满足竖向荷载和抗侧力的需要既可。

1.3短肢墙的数量和长短可根据结构受力的需要来确定。可由基本自振周期来判断剪力墙布置是否合理。

1.4短肢墙应尽量对齐、拉直，以便和连梁构成抗侧力片。

1.5在外凸部分，平面外边缘和角点处，容易产生大的应力集中，应设短肢墙以满足平面刚性和抗扭的要求。

1.6采用普通楼板时，短肢剪力墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大，否则应采用预应力楼板。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。

2、结构设计

2.1短肢剪力墙设计

在对短肢剪力墙进行结构设计时，主要包括对墙肢和连梁的设计。对于墙肢的截面设计来说，在设计前要进行受剪、受弯的试验与计算，还要对正截面偏心受拉与偏心受压进行计算，同时要对集中荷载作用下的局部受压承载力进行计算。要以能满足最小配筋率的要求为前提，确定能达到墙肢端部受力钢筋的要求，要通过截面抗剪计算墙肢水平方向分布钢筋。

在小高层结构中，连梁的设计对短肢剪力墙在力学方面的性能有很大的影响。主要是因为各墙肢是在连梁的连接下共同工作的，连梁不仅对抗震性有很大的影响，对墙肢的约束也有很大影响。如果梁的跨高比小于5，就应该按照连梁进行具体设计；如果高于5，那就要按照框架梁进行具体的计算。在设计的过程中最应该注意的就是要避免在弯曲破坏发生前发生连梁剪切破坏，应该按照斜截面受剪计算，以确保可以做到强剪弱弯。如果在进行内力计算的时候，已经对连梁的刚度进行了折减，这样调幅的范围就应该受到一定的限制，或者不在对其进行调幅，这样可以有效的避免在使用过程中发生问题。如果对部分连梁的设计值进行降低，那就要对于其余部位的设计值进行适当的提高。连梁的设计还可以运用菱形配筋，或者是在连梁中加设斜向型钢与设置斜向交叉暗柱，采用这些方法可以有效的将连梁的延展性提高。

2.2 配筋构造

在进行短肢剪力墙设计时，对于配筋的要求，除了要按照结构计算的结构进行配置，还要按照设计的构造来配置钢筋。介于普通剪力墙与异形框架柱之间的就是短肢剪力墙的侧向刚度。与普通剪力墙和异形框架柱的结构一样，在对短肢剪力墙进行设计的时候，要加强对边缘构件的配筋要求。在振动台进行地震模拟实验后，相关实验结果表明，短肢剪力墙中结构抗震相对较薄弱的环节主要是连梁、外围底部小墙肢、角点处墙肢以及平面外边缘。对于这些相对较薄弱的环节，更要加强抗震构造设计。

3、设计中的相关问题

3.1要对短肢墙的轴压比进行严格的控制，主要是端柱或者无翼缘的一字型短肢剪力墙，根据相关的规范要求来看，其内容也突出强调了这一点。国内外相关机构的研究结果表明，剪力墙中承受压力弯力的时候，如果在小偏压的状态，那么墙的延展性就会相对较差。即便是在大偏压的状态下，如果轴压较大，混凝土边缘应力也较高，这样就会使混凝土的约束不够甚至没有约束，从而会使混凝土最先出现极限压应变，使构件丧失承载能力和变形能力。

3.2 在短肢剪力墙结构体系中最薄弱的环节出现在抗震性方面，主要是在建筑的边缘和其角点处的墙肢，尤其是针对一字型的剪力墙，最先出现破坏的问题。在设计的过程中，首先要加强的是针对以上出现问题的部位，加强相关的抗震性能设计。

3.3 要按照相关的规定要求来制定短肢剪力墙的抗震等级，方便对配筋的提高，还要对短肢剪力墙进行周期性的折减，加强地震的抵抗能力，保证安全性。

3.4 要对短肢剪力墙结构的属性准确的进行判定。在设计跨高比的时候，最合理的方法就是将各个梁规范的分类然后分别进行设计。这样做可以使设计更加的满足要求，也可以使安全性得到有效的保障。

3.5 对于短肢墙的截面设计来说，最好不要采用一字形的形式，适合采用十字形、T形、L形等，外墙的转角处更不能使用一字形，最好能够保证在同一构件方向上的墙肢厚度最大程度的相等，严格的按照现行的相关规定进行设计，从而保证梁和墙的有效断面。

3.6 不适合将短肢墙的结构做的太高，短肢剪力墙的结构体系主要是针对二十到三十层的住宅楼设计的，其中的环抱状布置可以使结构保持基本的对称要求，每层一般情况下是六到八户，在用地受到限制的时候，每层是三到四户。

3.7 在进行杆件内力计算和结构动力特性分析的时候，最好采取三维的计算方法来进行相关的计算。这时候的竖向构件不仅包括墙元模型还包括薄壁杆模型，前后两者有着很大的差距，前者是一种高精度的力学模型，精度很高，后者主要是一个简化模型，它的精度相对前者来说较低。

4、经济性与适用性

为了可以达到工程实际情况的具体要求，如果對混凝土体积与混凝土成本的关系做以及钢筋的体积和成本成正比关系的假设。从工程总价上分析，暂时不将楼板与模板对工程的影响因素考虑进来，通过相关的数据调查研究表明，短肢剪力墙的结构方式在成本上比一般的剪力墙结构要节省将近百分之二十的成本，这样可以使材料的性能得到充分的发挥。同时经过实际的使用也证明了短肢剪力墙的结构在小高层中的运用是成功的，在适用性方面有着很强的优势，不仅如此，也很好的解决了小高层中剪力墙结构方面的问题。由此可见，无论是其经济性还是适用性，都比普通的剪力墙结构强很多。

5、结束语

总而言之，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，具有较强的实用性，是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，具有高抗震性、灵活性等优点，逐步发展形成的能适应人们新的住宅观念的结构型式。在进行设计的时候，要和一般的剪力墙结构进行区别，广泛结合各个小高层住宅的特点进行设计。在设计的过程中，尽可能运用一些技巧，对可能出现的问题提出较好的解决方案，掌握好设计的规范与要求，才能设计出更加安全同时又更加经济适用的住房。

参考文献

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3一2002） 中国建筑工业出版社，2002.

[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010） 中国建筑工业出版社，2011.