关于单向有较多短墙肢的剪力墙结构的思考

张亚江 殷欣

摘 要 高层住宅中，由于建筑功能需要，结构X向存在较多h/b<4的墙肢；且一般X向高宽比较小，结构变形容易满足规范要求，为达到节材的目的，设计人员在X向很少布置长墙；此类结构在X向水平力作用下，变形特性为剪切变形，设计人员经常错误性的将此类结构按照剪力墙结构设计，此种做法存在重大抗震安全隐患。结构设计人员在抗震设计时，应重视概念设计，避免设计此类结构。

关键词 较多短墙肢墙的剪力墙结构 剪切变形 弯曲变形

中图分类号：TU318 文献标识码：A

0前言

高层住宅中，多采用剪力墙结构，由于建筑功能需要，结构在X向开洞，导致结构在X向存在较多h/b<4的墙肢（图1）；且由于X向一般高宽比较大，抗震设防时，X向变形较容易满足规范要求。设计人员为达到节材的目的，往往在X向布置很少的长剪力墙（指h/b>8的剪力墙），且通常将此类结构按照剪力墙结构设计。抗震设防时，此类结构存在重大安全隐患，应引起结构设计人员的高度重视。本文结合某工程，重点探讨此类结构存在的安全隐患。

1工程概况

本工程为某7度设防地区一小高层，层数为12层，高度为35.1米，结构剪力墙布置如图2。设防烈度7度（0.10g），Ⅱ类场地，设计分类为第二组，场地特征周期为0.40s，结构中所有竖向构件均为剪力墙，结构计算和设计时，也均按剪力墙结构设计。

2问题的提出

根据《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）3.4.3条判断，该结构为抗震规则结构。竖向构件均为剪力墙。结构计算时，设计人员经常关注的各大指标都能满足规范要求，按常规理解，此类结构按照剪力墙结构设计，没有任何问题。但有一个细节引起笔者的注意，结构在X向最大层间位移发生在结构的中下部，而Y向最大层间位移发生在结构的顶部，这个与一般力学概念不相符。从力学角度分析，水平力作用下，剪力墙结构为弯曲变形，最大层间位移应位于中上部。笔者专门查看了一下该结构在水平力作用下的侧移曲线（图3），从此图能明显看出：水平力作用下，结构在X向的变形特性为剪切变形，在Y向的变形特性为弯曲变形。水平力作用下，结构在X向和Y向呈现完全不同的变形特性。

此结构与《抗规》3.5.3条第三款“结构在两个主轴方向的动力特性宜接近”规定不相符。且《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）7.1.1条条文说明中明确表示：本规程所指的剪力墙结构是以剪力墙及因剪力墙开洞形成的连梁组成的结构，其变形特点为弯曲变形。因此笔者认为，将此类结构按照《高规》关于剪力墙结构的相关要求设计，存在严重安全隐患。

3此类结构的安全隐患

3.1中大震下抗震性能无法保证

现行规范抗震设计采用“三水准两阶段设计”。三水准即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。两阶段设计：第一阶段，包括两方面：首先，众值烈度结构基本弹性，安全性采用基于概率分项系数的抗震承载力验算，满足小震强度要求。其次，限制小震的弹性层间位移角；同时采取相应的抗震构造措施，保证结构的延性、变形能力和耗能能力，满足中震变形要求。第二阶段，限制大震下结构弹塑性层间位移角；并采取必要的抗震构造措施满足大震防倒塌要求。中大震下的性能主要靠構造来保证。

弯曲变形结构的耗能和延性优于于剪切变形的结构，现行规范中，延性和耗能主要通过抗震措施来保证，规范对于两种结构的抗震措施明显不同，剪切变形结构的抗震措施明显严于弯曲变形结构。当X向和Y向都按照剪力墙结构设计时，采用相同的抗震措施时，X向的抗震措施低于规范要求，很难满足中大震下的抗震需求。

3.2薄弱层计算失真

现在结构设计软件对结构竖向构件的输入有两种模型：一种是按照剪力墙输入，计算模型为基于壳单元的墙元模型；一种按照柱输入，计算模型为杆元或者薄壁柱模型。对于这两种模型，在计算结构层间刚度、竖向抗剪承载力时，采用不同的计算方法，这两种计算方法的结果相差甚远。影响对结构竖向不规则性的判定。结构竖向规则性的判定，是结构抗震概念设计的基础，概念设计一旦失误，对结构抗震性能的影响是灾难性的。

4总结

（1）《高规》中关于剪力墙结构的相关规定，适用于“水平力作用下变形特性为弯曲变形”的结构，而不是竖向构件全部为剪力墙的结构。

（2）结构设计人员应加强基本力学知识的学习，抗震概念设计应引起重视。

（3）目前现有计算软件，无法计算此类结构，设计人员在碰到此种情况时，应在X向多布长墙，根据水平力作用下的变形特性确定长墙数量。

参考文献

[1] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010（2016年版））[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 混凝土结构设计规范（GB50010-2010（2015年版））[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[4] PKPMv3.1软件说明书——多层及高层建筑结构分析与设计软件SATWE[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.