探討建筑工程短肢剪力墻的結構設計

（南京大學建筑規劃設計研究院有限公司）

【摘要】短肢剪力墻是我國工程技術人員近年來經常使用的一種抗側力構件，它在很大程度上克服了普通框架結構的露梁露柱、普通剪力墻結構對建筑空間的嚴格限定等弊病，滿足了人們對住宅空間美觀與靈活分隔的要求。同時，又可以進一步減輕結構自重，因此在高層住宅結構中得到了日益廣泛的應用。

【關鍵詞】建筑工程；短肢剪力墻；結構設計

1 短肢剪力墻的含義及特性

我國現行《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2010)對短肢剪力墻的定義是：短肢剪力墻是指墻肢截面墻應滿足4＜hc/b≤8，這里，hc為墻肢截面的高度，b為墻肢截面的厚度。

短肢剪力墻屬剪力墻的一種，通過采用T形、L形、十字形等墻肢。這些墻肢主要分布于房間分隔墻的交點處，并視抗側力的需要和分隔墻形式而布置適當數量的各種形式的短肢墻，并在各墻肢處布置連梁，把這些短肢墻連結成一個整體，而未利用部分的剪力墻中的間隔墻則用輕質砌體填充。短肢剪力墻的主要特性有：

1.1 常結合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構件，基本不與建筑使用功能發生矛盾，短肢剪力墻截面較薄，基本不凸出間隔墻表面，大大改善大截面矩形柱占用使用面積及其對使用的不便。

1.2 墻的數量可多可少，墻肢可長可短，視結構受力需要而定，可通過調整短肢剪力墻不同的尺寸和位置以調整剛度大小及剛度中心的位置。

1.3 能靈活布置，可選擇的布置方案多，較易處理支撐樓蓋的要求，樓蓋可用肋形梁樓蓋，亦可用大跨度平板樓蓋。

1.4 短肢墻力剪的連系梁位于問隔墻豎向平面內，基本屬于隱蔽型。

1.5 視建筑平面及抗側力的需要，對中心豎向交通區可處理成簡體或做成短肢剪力墻。

1.6 由于減少了剪力墻而代之以輕質砌體，可減輕高層總質量，加快施工速度。

1.7 當下部數層要求為大空間時，較易通過轉換層來處理上下部結構的關系。

2 短肢剪力墻結構設計的一般規定

2.1 結構布置

短肢剪力墻結構的一般布置原則：短肢墻的數量應當適中，滿足豎向荷載和抗側力需要即可；短肢墻應盡量均勻分布，其軸向應力不應相差懸殊，當有抗震要求或風力較大或平面凹凸較多時， 在平面外邊緣及角點處，特別是外凸部分，布置必要的短肢墻以加強其整體性和滿足平面剛性的要求：各短肢墻應盡量對齊、拉直，使之與連梁一起構成較規整且連續跨數較多的抗側力片，當不能完全做到時也允許局部互相錯開，每道短肢墻與兩個方向的梁連結，連梁盡可能布置在墻肢的豎平面內，連梁寬度一般宜與墻肢厚度相等；墻肢不宜過厚，盡量不凸出或少凸出間隔墻表面，但亦不應太薄以導致穩定性差和施工困難，以采用200 mm、250 mm或300 mm為宜；可以混合布置部分較長的墻或異形柱；在抗震設計中，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構底部地震傾覆力矩的50％。

2.2 適用高度

7度抗震設計最大高度為lOO m，8度（0.2g）為80m，8度（0.3g）為60 m，B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度的高層建筑，即使設置簡體，也不應采用短肢剪力墻體系。

2.3 軸壓比限值

根據國內外目前所做的試驗結果，當剪力墻所承受的軸壓力較大時，延性較差，原因在于此時剪力墻處在壓彎狀態下，受壓區較高，呈小偏心狀態，所以要限制軸壓比。考慮改善延性，短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.45、0.5、0.55，對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪墻，由于延性較差，軸壓比限值相應降低0.1。

2.4 肢厚比限值

肢厚比小的結構墻肢強度儲備不大，肢厚比大的結構墻肢強度儲備充足安全性好，但其材料特性不能充分發揮，經濟性差，從結構的綜合性能看，肢厚比為6.0～7.0的短肢剪力墻結構性能較好，同時具有一定的能量儲備，材料性能發揮較為充分。

2.5 連梁跨高比限值

隨著連梁跨高比的減小，短肢剪力墻的開裂荷載屈服、荷載、極限荷載逐漸增大，但當連梁跨高比減小到一定程度，增大幅度逐漸減小，連梁跨高比為1.5左右的短肢剪力墻試體的綜合性能較好。

3 短肢剪力墻的受力性能特點

3.1 短肢剪力墻主要受力特點是以整體彎曲為主，大多數樓層的墻肢沒有反彎點。整體水平位移曲線與豎向懸臂柱相似，以彎曲型為主

3.2 短肢剪力墻結構體系中連梁是一個耗能構件，在振動臺試驗中出現了兩種破壞形態：彎曲破壞和剪切破壞。

3.3 構件的延性隨肢高后比的增加迅速降低，構件的承載力并未隨墻肢剛度的增加而增加。連梁和墻肢的剛度比影響短肢墻的受性能，取0.o3～0.05范圍內較好。

3.4 短肢剪力墻結構的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣及角部處的墻肢首先開裂，因此應加強抗震構造措施。

3.5 一字型墻肢的破壞最為嚴重，短肢剪力墻應盡量設翼緣。

3.6 短肢剪力墻是一種強肢弱梁型的聯肢剪力墻，在大部分情況下連梁首先開裂，然后墻肢開裂。

4 短肢剪力墻的配筋計算

按照我國《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2010)，當墻厚小于或等于250 mm時，墻肢端部的暗柱面積Ac=1.5-2.0bw這是合適的。但是隨著建筑物的層數越來越高，各墻肢的厚度也必將越來越厚，如果還是按上式計算，勢必造成很大浪費，與此同時還會出現暗柱主筋間距過大(＞250 mm)。因此在實際設計中，可以根據不同墻厚取值，當bw＜250 mm時，Ac=1.5—2.0bw，當bw＞250 mm時，取Ac=1.0－1.5bw。

在運用程序計算短肢剪力墻時，其計算模型、構造要求和配筋方式均和普通剪力墻結構相同。在TAT中就按照剪力墻結構輸入即可，并且TAT的計算模型都是薄壁桿件模型和桿件。其中梁、柱均為普通空間桿件，每個端部有6個自由度，墻為薄壁桿件，比梁、柱多一個自由度，即多一個截面曲角。考慮了墻元非平面變形的影響，根據矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，假設樓板平面內剛度無限大，減掉部分未知量之后求解，它廣泛應用于各種平面布置，未知量少、精度高。但是，薄壁桿件模型在分析、結構布置復雜(含有轉換層)，并且比較低寬的剪力墻時，也存在一些不足，關鍵是薄壁桿件理論沒考慮剪切變形對結構的影響，當結構布置復雜時，變形將不協調。由于短肢剪力墻肢長與墻厚之比為4～8，本身就比較高細，更接近于桿件性能，因此，用TAT計算短肢剪力墻結構能較好地反映結構的真實受力特征。

5 短肢剪力墻的設計提議

研究表明，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、底部外圍的小墻肢、連梁等是短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節。當有扭轉效應，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂；在地震作用下，高層短肢剪墻結構將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其是“一”字形小墻肢破壞最嚴重；在短肢剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對較小，使連梁受剪破壞的可能性增加。

因此，在短肢剪力墻結構設計時，對這些薄弱環節，更應加強概念設計和抗震構造措施。例如：短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，使其剛度中心和建筑物中心盡量接近，以減小扭轉效應；適當增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度，加強墻肢端部的暗柱配筋，嚴格控制墻肢截面的軸壓比不超過限值，以提高墻肢的承載力和延性。