淺談短肢剪力墻結構

【摘 要】本文結合作者多年工作經驗，結合工程實例，主要淺談短肢剪力墻結構設計，以供同行參考借鑒。

【關鍵詞】建筑工程；短肢剪力墻結構；建筑功能；結構設計

1 短肢剪力墻結構的定義及特點

1.1 短肢剪力墻結構的定義

短肢剪力墻仍屬于剪力墻結構體系，只不過采用較短的剪力墻墻肢而已，《高規》第7.1.2 條8 款的定義：短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5 ～ 8 的的一種剪力墻結構，通常采用“T”型、“L”型、“十”字型、“Z”型、折線型、“一”字型。對于T 型、L 型等雙肢剪力墻只要有一個墻肢的長度與墻厚的比值大于8 就不是短肢剪力墻，當一個剪力墻截面厚度不小于層高的1/15，同時又不小于300mm，高度與厚度之比大于4 時仍屬于一般剪力墻。當短肢墻較小時，如短肢墻承受的第一振型底部傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的15% ～ 40%，則可以按普通剪力墻結構設計。下限規范沒有規定，用戶可以靈活掌握。如果剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成短肢剪力墻結構，而應作為一般剪力墻結構處理。通常短肢剪力墻與簡體（一般剪力墻）結構體系稱之為“短肢剪力墻簡體”（或一般剪力墻結構體系）。

1.2 短肢剪力墻結構的特點

符合建筑的需要：連結各墻的梁，也隨墻肢位置而位于間隔墻豎平面內，屬于隱蔽型的，利用隔墻位置來布置豎向構件，使結構受力需要與建筑使用功能較好地統一起來，避免了框架結構中梁柱突出墻面的問題。當下部層數要求為大空間時，較易通過轉換結構來處理上下結構的關系；節能降耗：由于減少剪力墻而代之以輕質砌體，房屋自重可以減輕，地震作用也隨之減小，因而有利于降低造價。另外，由于外墻墻面相當一部分面積采用了輕質保溫材料，代替鋼筋混凝土墻面。房屋的保溫隔熱性能也得到改善，這有助于建筑節能目的的實現；結構布置靈活：結合建筑平面、利用間隔墻位置來布置豎向構件，墻的數量可多可少，肢長可長可短，根據抗側力的需要而定，還可以通過不同的尺寸和布置調整剛度及剛度中心的位置。

2 短肢剪力墻結構的布置原則

2.1 為了保證建筑物的剛心和質心相一致，避免在地震中發生扭轉，短肢剪力墻應該盡量均勻布置。

2.2 短肢剪力墻主要布置在房間間隔墻的交接處，為了免結構過剛或者過柔，墻肢的數量要根據具體的抗側力要求進行確定，不能過多或過少。

2.3 在結構布置上，要是短力墻盡量對齊拉直，使其形成成片的聯肢抗側力結構。

2.4 墻肢一般不宜過厚，以避免墻肢凸出各間隔墻表面。

2.5 如果水平荷載較大或者建筑物造型不規則，應該在平面外各角點及邊緣處布置短肢剪力墻來滿足結構平面剛度的要求和加強結構的整體性。

3 短肢剪力墻結構設計時應注意的問題

3.1 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，高層短肢剪力墻結構將以整體彎曲變形為主，底部外圍的小墻肢截面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴重；在短肢剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞的可能性增加，連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，設計時應注意，對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞，短肢剪力墻宜在兩個方向均有梁與之拉結，連梁宜布置在各肢的平面內，避免用“一”字形小墻肢。

3.2 主要抗側力結構筒體( 或長墻) 一般利用樓電梯間，但要注意剛度的均衡性，不要集中在一處布置而使建筑產生過大的扭轉效應，同時簡體要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過小，要使簡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總底部地震傾覆力矩的50％，形成多道抗震防線，為了確保水平力可靠傳遞，核心區樓板適當加厚，與核心筒相連的連梁按強剪弱彎設計，短肢墻之間的連梁凈跨不宜過小( 一般取4 ～ 6m) 使其具有一定的耗能作用。

3.3 高層短肢剪力墻結構在水平力作用下，顯現整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉剪力，由一些模型試驗反映出外周圍墻肢開裂，因而對外周邊墻肢應加大厚度和配筋量，加強小墻肢的延性抗震性能。

3.4 據研究表明，框支剪力墻結構當轉換層位置較高時，轉換層附近層間位移角及內力分布積聚突變內力的傳遞僅靠轉換層一層樓板的間接傳力途徑很難實現，轉換層下部的框支結構易于開裂和屈服，轉換層上部幾層墻體易于破壞，這種結構體系不利于抗震、高裂度區(9 度及9 度以上) 不應采用；8 度區可以采用，但應限制轉換層設置高度，可考慮不易超過3 層，7 度區可適當放寬限制，因此建議在6 度抗震設防區，短肢剪力墻結構中，轉換層設置高度不宜超過5 層，避免高位轉換。

4 工程應用實例

4.1 工程概況

某工程，總建筑面積為12570m2，采用短肢剪力墻結構，為12 層住宅樓，建筑總高43.65m（層高3m），頂層為復式住宅，屋頂為四坡屋面。

4.2 短肢剪力墻結構結構設計

由于整個樓層的建筑平面較為復雜，采用在14 和15 軸問設置雙墻防震縫，在D 和E 軸間設置懸挑構件抗震縫的處理方法，將平面分成相對獨立的4 個部分，各部分的長寬比L1/B1max=29/9.4=3.09<5，L2/B2max=117.52/17.02=1.03<5。高寬比Hl/B1=37.44/9.4=3.98<6。H2/B2=41.94/17.02 =2.46<6，符合規范要求。結構層高1 ～ 12 層為3.0m，坡屋面層高0.55m ～ 2.47m，坡度為40 ％。平面的南側拐角處設有陽光房，平面突出的部分為六邊形，突出長度為2.1m，L/Bmax<0.3 符合規則建筑平面布置要求( 結構平面圖如圖1所示)。

圖1 標準層結構平面圖

4.3 結構設計的主要參數

場地類型為II 類建筑場地，剪力墻抗震等級為二級。水平地震作用按x、y 兩個方向計算。同時考慮扭轉耦聯，周期折減系數0.85，計算取9 個振型，結構阻尼比0.05，豎向力按模擬施工加載方式計算，恒活荷載分開計算。修正后的基本風壓為0.35，地面粗糙度為B 類，結構體型系數為1.4。連梁剛度折減系數0.7，地震力分項系數為1.3，風荷載分項系數為1.4，恒荷載分項系數為1.2，活荷載分項系數為1.4。

本工程基礎采用鋼筋混凝土墻下條基（有肋梁），剪力墻厚度內外墻均為200mm，連梁截面b×h 為200mm×(370 ～ 570)mm，樓板厚度100 ～ 130mm，混凝土強度等級為C35C25。地基采用天然地基，以③層粘土層做為持力層，Es=15MPa，fak=300kPa。

4.4 短肢剪力墻的布置

按照抗震設計要求，結合窗間墻、樓梯間及房間四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”，形、“Z”形或“十”字形墻段，沿結構平面各主軸方向均勻、對稱布置，做到剛心和質心重合，減少結構扭轉。各墻肢肢長不宜相差太大，截面高厚比可以控制在5 ～ 8 之間，避免出現高厚比小于3 的小墻肢，使各墻肢剛度接近，保證在水平地震力作用下，各墻肢受力均勻，避免個別長墻因內力太大而出現超筋。另外在④～⑥軸，⑩～⑥軸間形成4 個較為完整的弱筒，以增強整個結構的抗側力性。在豎向，要求墻肢上下對齊、連續。在同一軸線上的各墻肢通過連系梁連接，可增加對墻肢的約束，提高結構的抗震性能。為了保證連梁具有較好的剛度和延性，取其跨高比為4 ≤ l/h ≤ 8 較為合適。

4.5 墻肢截面設計

塔樓周圍及肢長/ 肢寬<3 的小墻肢均按框架柱的抗震要求配置縱筋及箍筋，并降低軸壓比提高要求。連梁高度的設計計算從剪力墻洞頂至樓板面或屋面，窗間墻和窗臺以下墻體采用輕質材料砌筑。連梁正截面配筋按矩形截面構件計算，取上、下配筋兩者之中的較大值，配置于梁截面上、下部位，考慮到施工因素，一般每排布置2 根縱筋為宜，也可根據墻厚適當增加。按斜截面抗剪計算所得的箍筋沿梁全長加密布置，對于個別連梁由于跨高比較大，剛度大，可能出現超筋，地震作用下允許其局部出現裂縫，可將連梁剛度折減。為保證結構平面剛度，樓層最小板厚100mm，在南側陽光房塔樓處適當增加厚度。

5 結語

隨著新型墻體材料的不斷開發和應用，現代高層住宅建筑要求大開間、平面及房間布置靈活、方便，室內不出現柱、梁殼，短肢剪力墻結構在高層住宅中的運用將會越來越廣泛。因此，我們在設計中應根據其受特點充分了解其破壞機理，選用合理的結構形式，正確掌握計算分析方法和截面配筋，其結構才能有可靠的安全保證。

參考文獻

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