小高層建筑中短肢剪力墻結構設計

李莘莘

（廣西恒廣建筑工程有限公司，廣西 南寧 532200））

1 概述

這些年人們對于居住在小高層和多層建筑內的環境提出了要求，對于內部空間有了更高的人性化的要求，對于原來外露梁柱的現象已經不能接受，這時候提出了短肢剪力墻并迅速普及，這種結構彌補了一般剪力墻的缺陷。是前者的發展和進步因素，對于建筑問題，有利于更加合理和嚴密的布置。住宅建筑具有的特點是水平總高度較低，內部空間較小，進深不大等，對此，能夠有效減輕結構重量，有利于推廣普及，從施工方和居住方來說都是福音。本文結合兩份文件，對于這項工藝的布置安排提出了合理的建議和看法，文件中有關于地震抗擊以及結構規范。

2 結構體系的優點

2.1 滿足建筑功能的需要

2.1.1 墻肢的厚度和長短應當得到有效控制，有利于將各個性能之間相互協調。

2.1.2 材料向著輕盈、弱重力的方向發展，此墻體也應當具備相同的要求。

2.1.3 盡管墻肢加大了操作應對的困難程度，但是可利用的空間變大。

2.2 滿足結構設計的需要

2.2.1 對于小高層建筑來講，抗震墻工藝具有便于力學計算的優點，但是從美觀性上來說卻不占優勢，梁體和柱子都露在外面，使用起來也不方便。有時候在平面復雜的狀態下系統也不大合理，并不容易被計算，而短肢剪力系統則可以杜絕這些缺陷，其內部結構都不必露在外面，在感官上實際用途上都較為省心。結構也較隨意。墻的肢長是根據實際情況來確定的，肢長上和數量上較為隨意。經過不同的規劃布置后能夠帶來不同的效果。

2.2.2 在小高層住宅中，與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系具有如下優點：

將墻肢所具有的承重能力利用進來。而通常對于墻體長寬比較大者必須另外使用鋼筋加固避免彎曲和折斷，減少結構的本身重量，也從而能夠帶來花費的降低。在地基承載不足的地方更有較強的實用性。抗震性能較好，在抗震使用中有較強優勢。

大部分墻肢的形狀較有延展性，對于晃動和剪力等能夠較好的適應。在剛度與韌度之間能夠較好的把握。從而在搖晃發生的時候能夠自身進行調節，連梁的延展性能夠補充墻體本身的延展性。

3 結構布置中需注意的問題

短肢剪力墻結構對于抗擊地震方面并不具有優勢，所以，對于其所承受的薄弱點更應當注意，通過加強薄弱點的抗震性能，達到提升其可用性的目的。

3.1 墻體的布置上講求對稱和均勻，來調和各種力的平衡

剪力墻的布置最大程度達到上下一致的效果，減少洞口的不對正問題，與連梁之間相互配合，帶來跨數較多的抗側力效果。

3.2 墻體的橫向與豎向問題應當得到相互配合，將兩個方向的力綜合使用，以美觀和實用作為墻體布置的前提，并將短肢剪力墻的位置和計算方法了解于心，熟記，形成合格合理的剪力墻布置。

3.3 短肢剪力墻也應當遵循柱子硬度大而梁體彎曲程度高的特點，這就是說應當在材料的選擇上選用強度較高的混凝土，并利用鋼筋配入的方式增加其抗彎能力，連梁的高度不應太大，對抗震有好處，也使得計算時更加方便。

3.4 B級高度高層建筑及9度抗震設計的A級高度高層建筑，不能采用短肢剪力墻結構。

3.5 在極限高度的取值上應當留有一定的余地，使其面對較大的穩定性問題的時候能夠有緩沖，避免超過臨界值。從而量變帶來質變。

4 結構計算模型和軟件

短肢剪力墻工藝適應了建筑發展的新的需求方向，是剪力墻的一個新發展，它的計算方法應當與一般的剪力墻結構有相似之處。粱和柱均采用空間桿單元，剪力墻單元模型。目前計算上可采用的三維空間分析軟件有開口薄壁計算模型，空間膜元，板殼單元模型以及墻組元模型。樓板的形式計算為彈性和無限兩種模式。

目前短肢剪力墻結構廣泛采用中國建筑科學研究院PKPM-CADI程部的兩個計算軟件，TAT(多層及高層建筑結構三維分析與計算軟件)和SATWE(高層建筑結構空間有限及分析與設計軟件)。TAT用來計算一些結構體系較為規整的高層建筑物，其計算模型視墻為薄壁桿件；SATWE用來計算一些結構體系復雜、規模大的高層或超高層建筑物，是基于殼元理論的考慮空間組合作用的有限元分析方法，減少模型化誤差，精度高。SATWE是較實用的板殼單元模型，其特點是用每一節點六個自由度的殼無來模擬剪力墻單元。在剛度問題上應當考慮外部和內部兩種方面，樓板較為隨意，可以從彈性來計算也可以按剛度來判斷，這種模型與實際情況較為相似。設計的時候應當考慮實際所具備的情況來選擇較有針對性的計算形式。

5 總體計算中總信息的輸入

5.1 對振型數量的要求

新《高規》第10章將帶轉換層的短肢剪力墻結構列為復雜高層建筑。第5.L.13條規定了計算地震作用時的最小振型數。實際上最根本的要求是要保證振型參與質量達到總質量的90%以上。振型數最好是3的倍數。振型數的大小與結構層數及結構形式有關，當結構層數較多或結構剛度突變較大時，振型數也應取大此。尤其對于高位轉換，由于轉換層的質量遠大于其他樓層，導致不同振型時地震作用在轉換層處突然增大，尤以轉換層位置在振型曲線振幅最大處或附近時更為顯著，因而轉換層在較高位置時，高振型的影響可能明顯增大，建議在計算分析時，取較多振型。

參考取值：帶轉換層的高層建筑：振型數取30；多塔樓結構：振型數nx9(n為塔樓數)。

5.2 連梁的剛度折減

連梁在使用中是耗能的。剪切傷害會導致結構的延展性也受到損害，不利于面對大的晃動情況，設計的時候應當準確計算應當具備的強度和彎度比。一些高度較大的建筑是可以在剛度上有所緩和的，程序中通過連梁剛度折減系數來反映開裂后的連梁剛度。但應注意短肢剪力墻結構中，墻肢剛度相對較小，連接各墻肢的梁已類似普通框架粱，而不同于一般剪力墻問的連梁，不應在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調，使其設計內力降低，應按普通框架梁的要求，控制混凝上壓區高度，其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70%、80%來解決。

5.3 短肢剪力墻的抗震構造

抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比高規第48.2條規定的剪力墻抗震等級提高一級；抗震設計時，底部加強層應按高規第7.2.10條調整剪力設計值，其他各層短肢剪力墻的剪力設計值，一級抗震等級應分別乘以增大系數1.4和1.2；短肢剪力墻截面厚度不應小于200mm；抗震設計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%。其他部位不宜小于1.0%：新“抗震規范”出現了約束邊緣構件這個概念，對抗震等級為二級及以上的短肢剪力墻，由于墻肢長度較短，約束邊緣構件沿墻肢兩個方向近于整段墻肢，為了加強墑肢抗震性能，可以把整段墻肢作為約束邊緣構件考慮。

[1]祁瑞.剪力墻設計的幾個問題[J].中小企業管理與科技(下旬刊)，2012（2）.

[2]曾霖羽.小高層建筑中剪力墻設計[J].中國高新技術企業，2009（11）.