短肢剪力墻結構體系設計研究

【摘 要】短肢剪力墻結構是目前發展迅速的一種新結構型式，具有空間大、自重輕、布置靈活等優點，被廣泛應用于高層建筑當中。文章歸納總結了短肢剪力墻結構的性能特點，對短肢剪力墻配筋方式進行了分析，并指出了短肢剪力墻設計時須注意的事項，為短肢剪力墻結構體系的設計提供參考。

【關鍵詞】短肢剪力墻；特點；配筋方式；設計

1、短肢剪力墻的性能特點

目前關于短肢剪力墻研究的文獻很多，總體認為在中、小高層建筑結構中，聯肢墻的單肢高厚比在5～8之間是一個剛度急劇變化的臨界點，當單肢高厚比超過這個限值時，剛度和承載力會緩慢增長；當高厚比小于這個限值時，其承載力會急劇減小。從這一點來看，高規將短肢剪力墻的高厚比定義在5～8之間是合理的。

墻肢的高厚比小于5的小墻肢，難以形成聯肢剪力墻，如果連梁剛度大就形成剪切變形為主的壁式框架，連梁剛度小容易形成抗側剛度差的獨立墻，甚至異形柱框架，抗震性能都不好。另一方面，對雙肢短肢剪力墻在低周期反復水平荷載作用下，其破壞屬彎剪形破壞，具有一定的耗能能力。

另外通過研究也發現作為聯肢的短肢剪力墻，其左右墻肢的應力分布近似滿足平面假定；有翼墻的墻肢受力明顯優于無疑翼墻的墻肢；短肢剪力墻結構承擔的總彎矩中局部彎矩所占的比例可以遠遠大于整體彎矩所占的比例，且隨著肢厚比的增加這種趨勢更加明顯；在均部水平荷載或三角形水平荷載下。

2、規范對短肢剪力墻的要求

由于短肢剪力墻抗震性能相對普通剪力墻結構較差，所以《高規》對短肢剪力墻的要求比一般剪力墻要嚴格，總結歸納詳見表1。

3、短肢剪力墻配筋方式分析

短肢剪力墻高厚比位于柱與一般剪力墻之間，在實際工程中，其配筋方式也由于工程設計者的個人習慣不同而有所差別。一般有兩種配筋方式：第一種按柱配筋方式，縱筋基本均勻布置在剪力墻周邊；第二種按剪力墻配筋方式，在墻端部設置暗柱，縱筋主要配置在暗柱內（見圖1）。

以上兩種配筋方式，無論是第一種還是第二種都有一定的不合理性，分析如下：

3.1 按柱配筋方式

與柱配筋相同，縱筋基本均勻配置在周邊。而剪力墻的特點是平面內剛度大，承載力大，平面外剛度和承載力均相對較小。短肢剪力墻受力性能與一般剪力墻接近，變形后符合平面假定，受力時平面內兩端受力大，因此，縱筋配置應集中在端部才能發揮鋼筋強度。按照柱配筋方式墻肢中部配筋因距中和軸較近，不能充分發揮其強度。同時參照異形柱配筋特點，異形柱配筋要求配置在端部邊緣及折角處，腹部考慮受力翹曲影響，僅配置構造鋼筋。由此可見按照柱配筋的方式與短肢剪力墻受力特點不符，配筋不合理。

3.2 按剪力墻配筋方式

短肢剪力墻受力特點與一般剪力墻相似，按照剪力墻配筋方式較符合其受力特點。通過在端部設置暗柱等邊緣構件，由于邊緣構件中箍筋對砼的約束，使砼有較大的變形能力，避免受壓區混凝土過早的壓碎破壞，同時也限制了裂縫的發展，從而提高了剪力墻的延性和耗能能力。然而當短肢剪力墻縱向鋼筋大部分配置于端部暗柱內時，由于“高規”對短肢剪力墻縱向鋼筋的配筋率規定為底部加強部位不宜小于1.2%其他部位不宜小于1.0%，可能使暗柱

內配筋率過高，同時又可能出現在變截面處配筋量突變的情況。下面舉例說明：如圖2所示，墻肢高厚比為8，判定為短肢剪力墻，暗柱按照“高規”規定設置，如圖中陰影面積。暗柱面積占總截面面積的44%，假定該部位為底部加強區，剪力墻抗震等級二級， “高規”要求全部縱筋配筋率不小于112%。假設在非暗柱部位剪力墻縱筋配筋率為0.5%，則暗柱部位的配筋率為（1.2%-0.56×0.5%）/0.44=2.09%。假定該段墻上至非底部加強區樓層墻肢厚度改為240mm，則墻肢高厚比為8.33，判定為一般剪力墻。按照“高規”規定設置構造邊緣構件，暗柱縱向配筋率為0.7%。從暗柱配筋量變化可以看出從短肢剪力墻過渡到一般剪力墻，暗柱配筋會產生突變。同時，如果暗柱配筋是按構造配置則配筋率也明顯偏高。暗柱配筋過高也可能造成剪力墻抗彎承載力過高，使受彎承載力高于受剪承載力，也就是可能產生剪切破壞先于彎曲破壞，而剪切破壞是脆性破壞，是設計應該避免的。由此可見按照第二種按剪力墻配筋方式也有一定的不合理性。

圖2 墻肢高厚比為8情況

3.3 配筋建議

從上述分析中可以看出短肢剪力墻高厚比為5～8，受力狀態從柱過渡到剪力墻，變化幅度大。工程中剪力墻形狀也千變萬化，設計中應根據實際情況具體處理。個人認為短肢剪力墻配筋可按照以下原則配置：

1）縱向鋼筋的配置應主要配置在平面內的端部形成暗柱。暗柱范圍可以按照一般剪力墻邊緣構件的的要求確定。暗柱內的縱向鋼筋配筋率可根據短肢剪力墻高厚比的增大而減小，當高厚比接近于一般剪力墻時，其暗柱內縱向鋼筋配筋率也應接近于一般剪力墻邊緣構件最小配筋率的要求。

2）當暗柱縱向配筋率較高時，為保證短肢剪力墻/強剪弱彎0的要求，應適當提高暗柱內的最小配箍率特征值，暗柱以外的墻肢內的水平配筋也應按一般剪力墻配筋構造適當加強。

4、短肢剪力墻結構設計注意事項

相對于短肢剪力墻結構的特點，在進行設計時，需要引起重視的方面如下：

1）由于短肢剪力墻結構相對于普通剪力墻結構其抗側剛度相對較小，設計時宜布置適當數量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內筒，以避免設防烈度下結構產生大的變形，同時也形成兩道抗震設防。

2）短肢剪力墻結構的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當有扭轉效應時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，所以，應盡量避免將短肢剪力墻布置在結構周邊等扭轉效應較大的部位，如必須布置時應加強其抗震構造措施，減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率；并且短肢墻應在兩個方向上均有連接，避免形成孤立的“一”字形墻肢。

3）短肢剪力墻應盡量設計成聯肢墻，通過各種研究試驗分析，短肢剪力墻可以很好的形成聯肢墻，可以提供足夠的剛度。獨立短肢剪力墻的剛度很低，對結構整體剛度貢獻很小。

4）高層結構中的連梁是一個耗能構件，在短肢剪力墻結構中，墻肢剛度相對較小，連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不宜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，宜按普通框架梁要求，控制混凝土壓區高度，其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70%～80%來解決，按強剪弱彎，強柱弱梁的延性要求進行計算。

5）“高規”第7.2.1條中有規定短肢剪力墻全截面縱向鋼筋最小配筋率的要求，而與抗震等級無關。對短肢剪力墻最小配箍率特征值也沒有比一般剪力墻提高規定，實際工程設計時應根據具體情況進行調整處理。

6）“高規”第7.2.1條中的8條措施明確指出是為短肢剪力墻較多的情況下應采用的，對短肢剪力墻數量少，抗震等級低，所處部位不在角部，軸壓比小，墻肢高厚比大等情況應根據具體工程實際情況理解和應用規范，做到安全、經濟、合理。

5、結語

隨著現代住宅建筑要求大開間、平面及房間布置靈活、方便等特點，短肢剪力墻結構體系在建筑中的應用有著廣闊的發展前景。為了更好的應用該結構，我們在進行短肢剪力墻結構設計時，應注意正確判定短肢剪力墻和短肢剪力墻結構，以把握好結構的受力性能。同時結合短肢剪力墻結構的特點，充分了解其破壞的各種機理，選用合理的結構形式，截面配筋，從而提高短肢剪力墻結構的可靠性。

參考文獻：

[1]廖文彬.短肢剪力墻配筋方式設計探討[J]福建建筑，2004.05

[2]周華.短肢剪力墻結構的特點與設計要點研究[J]商品與質量，2011.S4