关于短肢墙

刘萍昌

摘 要：本文通过对高层住宅短肢墙——内核心筒结构系的试验与研究，将该体系中短肢墙结构布置、及其转换结构采用宽梁方案，运用到实际工程中，并且提出了有关看法和设计建议。

关键词：短肢墙；内核心筒；宽梁转换结构

1 短肢墙的试验与受力分析

为了研究上述课题，由东南大学、研究院、南京市建筑设计研究院广州分院组成了专题科研小组，以广州某制药厂30层高层商住楼为原型，经适当简化，制作了1：20微粒混凝土整体模型，设防烈度按七度考虑，在同济大学土木工程国家重点试验时振动台试验室进行振动台试验。

本次试验主要研究抗震性能，找出结构破坏机理和薄弱环节，为今后同类工程解决抗震设计相关问题提供科学依据。因此模型设计重点满足抗侧构件、梁、板、柱以及节点尺寸、配筋（按等强代换）相似关系，此外还附加质量的方法满足质量和活载相似关系。

试验选用3种抗震波即：E1-Centro波；Zk8363广州某大厦场地波。

试验结果表明：①平面结构布置合理，地震作用下扭转变形非常小。外围结构破坏较轻。七度多遇烈度作用下，最大加速度反应为0.118g；七度基本烈度作用下，最大加速度反应为0.320g；七度罕遇烈度作用下，最大加速度反应为0.565g。②内核心筒刚度大，承担了80%左右地震作用，由此可见短肢墙主要承担竖向荷载。③结构主频远离地震波主频，说明短肢墙—内核心筒结构体系抗侧刚度适中。④结构在E1-Centro波作用下地震反应最大。结构位移反应满足规范要求。模型结构位移反映呈弯剪型。⑤在七度罕遇地震作用下，与“L型”短肢墙相连的梁（净跨六米左右）端部出现裂缝形成梁铰，符合抗震设计强度弱梁原则。⑥值得注意的是：平面转角部位的Q2：“一字型”短肢墙出现了先于梁破坏的情况，抗震性能明显不如带翼缘的组合截面短肢墙，属于设计薄弱环节。⑦与“L型”短肢墙相连的楼板沿两肢端点四十五度方向，因短肢墙对该部位楼板的约束翘曲出现板角斜裂缝。

从上诉几点可以看出：短肢墙—内核心筒结构体系，只要设计合理，可以满足七度抗震区“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防要求。从结构变形特征看：短肢墙—内核心结构体系也可以近似认为是属于框一剪结构体系范畴，但位移体系有区别：前者是弯剪型，后者是剪弯型。我们知道开洞双肢剪力墙结构随着洞口尺寸扩大，墙肢刚度下降，连梁约束减弱，使得双肢剪力墙逐渐变成了壁式框架。短肢墙与其相连的梁在实际工程中净跨在4米～6米，因此，计算时不能假定为连梁，而应按壁式框架计算才符合实际受力情况。

笔者认为：短肢墙—内核心筒结构体系在电算分析时，结构类型建议取框—剪结构体系。组合短肢墙模型介于墙和柱模型之间有待于今后进一步研究。但按（等效）柱模型考虑偏于安全，而短肢墙之间的梁，按两端带钢域的壁式框架进行内力配筋计算。

2 短肢墙在实际工程中运用

2.1 工程概况

南雅大厦位于广州天河区广州大道西侧，是集商场、办公、住宅为一体的高层综合楼。其地上二十八层：首层为商场；二至四层为办公用途；五层架空兼结构转换层；六层以上为住宅。地下室两层：地下一层为车库和设备用房；地下二层为汽车库兼六级人防掩蔽所。

大厦总建筑面积56800m2，总高度93m，裙楼共四层，首层4.8m，二层4.2m，三层和四层均为4.0m，裙楼总高度17m；裙楼屋面以上架空层层高5m；高层住宅标准层层高2.9m。裙楼平面尺寸为36m×85m（局部切角），高层住宅为两个井字形钻石平面，其平面尺寸31m×35m。

根据地质报告和上部荷载情况，基础形式采用人工挖桩。桩端持力层为微风化岩。

2.2 上部结构布置

为了满足建筑使用功能需要，本工程结构五层以下选用框架—剪力墙结构，五层以上住宅标准层采用短肢墙—内核心筒结构体系。考虑到在五层处，上、下层柱网和结构形式不一致，将该层作为结构转换层。短肢墙布置以“L型”、“T型”、“Y型”等异型组合截面为主，可增强肢墙抗扭和出平面稳定性，两个方向肢长基本相等刚度接近。墙肢宽为250，肢长1500左右。短肢墙间梁高不超过600。本建筑物利用电梯井、楼梯间组成的内核心筒作为结构的主要抗侧力单元。短肢墙主要承担竖向荷载。为了保证其延性，控制轴压比不超过0.6.按照多道抗震防线原则，与核心筒相连的梁按强减弱弯原则进行设计。此外核心区内楼板适当加强，确保水平力可靠传递。对平面槽口敞开端每隔二至三层设置宽扁拉梁。

2.3 转换层设计

由于住宅标准层为钻石形平面存在斜向柱网，五层以下为正交柱网，两个柱网在结构转换层迭加比较复杂，转换层结构采用什么方案是本工程设计重点。在初步设计时曾考虑采用厚板方案。该方案虽然可以为钻石形平面短肢墙结构提供自由转换，但存在一些问题，例如：转换层结构自重大，对抗震不利；传力路径不明确，不能有效利结构材料；施工困难，不经济；是施工图阶段经过多方案比较，局部调整正交柱网，同时考虑住宅标准层存在“Y形”和带翼缘异型组合截面短肢墙特点，转换层结构采用宽梁方案。虽有些梁宽达到两米以上，但这样布置使得组合短肢墙沿各肢轴线方向，确保每个肢均在宽梁内。为了平衡和减少“Y型”墙墙底脚弯矩不平衡对宽梁产生扭转不利影响，沿该墙肢斜向轴线布置构造斜向梁，对于中部少量不便设转换梁的短肢墙，局部在其下布置了厚板。

显然，宽梁转换结构与厚板方案相比，结构受力明确，自重减小，便于施工、计算也简单。为了慎重对待转换宽梁设计，除了杆系模型分析外，还采用了有限元分析。

由于住宅标准层短肢墙刚度相对于转换层以下要大，为了保证竖向刚度不突变，在五层以下分散、均匀增设了剪力墙，以控制上下层刚度比不超过2。

2.4 结算结果

本工程电算分析分别采用薄壁杆件模型（TBSA）和墙元模型（SATWE）两种程序。按七度区抗震设计，考虑扭转耦连，裙楼连体儿住宅标准层为双塔，振型选用12个，II类场地土，结构抗震登记均为二级。修正后基本风压为0.5KN/M2。经比较两个程序结果接近。现将SATWE程序计算的周期和位移、基地剪力、基地弯矩分别列入表1和表2。

3 短肢墙-内核心筒结构体系设计建议

（1）高层点式住宅短肢墙-内核心筒结构体系适用于七度抗震区。其抗则构件布置要合理、对称、均匀。力求质量中心与刚度中心基本重合，避免外围短肢墙发生扭转破坏。当需要设置转换结构，宜采用梁氏结构，且控制上下层刚度不超过2。

（2）主要抗侧结构内核心筒，要有足够的刚度，其平面尺寸不宜过小（一般8m×10m左右），内核心筒应承担80%以上地地震作用。为了形成多道抗震防线，确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加强。与核心筒相连的梁按强剪弱弯原则进行设计。短肢墙之间梁净跨不宜过小（通常为4～6m），使它具有一定耗能作用。

（3）短肢墙受力以承受竖向荷载为主，承受水平荷载为辅。其截面尺寸选取要适当。肢墙宽在220～300为宜，肢长与肢宽比在6左右（肢长一般不超过2.0m）。短肢墙在组合内力作用下其轴压比控制在0.60范围内。

（4）短肢墙布置应以“L形”、“T形”、“Y形”等异型组合截面为主，可增强短肢墙抗扭和出面稳定性，短肢墙两个方向刚度力求接近，每片刚度要均匀、适中、在外墙转角处，要避免布置“一”字形短肢墙，当其在非转角处布置时须加强配筋并且设拉梁垂直于“一”字形短肢墙。

（5）短肢墙—内核心筒结构体系，电算分析力学模型建议按框架—剪力墙结构体系考虑，短肢墙之间的梁按壁式框架计算内力和配筋。短肢墙按柱模型计算偏于安全，但应根据实际情况进行适当修正调整。

（6）由于短肢墙的肢墙宽度相对较小，为了防止局部承压和锚固破坏，墙肢两端或转角处应设置暗柱并配封闭箍沿全长加密，暗柱长度为1.5倍肢宽。墙肢纵筋应集中布置与暗柱内，并且每排钢不宜多于3根，必要时放两排。

（7）与“L形”短肢墙相连的楼板角部要配四十五度斜向加强筋。

参考文献

[1]曹万林，张建伟，黄选明，等.带暗支撑短肢剪力墙及核心筒抗震研究与应用——第十四届结构工程学术会议特邀报告[a].全国结构工程学术会议[C].2005：72.

[2]李芳.高层建筑短肢剪力墙—核心筒结构合理刚度优化设计研究[D].武汉理工大学，2006.

（作者单位：深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司）