住宅建筑短肢剪力墻結構的應用

摘要：現(xiàn)代住宅設計要求開間大，平面及房間布局靈活、方便，而且室內不能見柱楞、不露梁等。在現(xiàn)行的國家規(guī)范或設計規(guī)程中還沒有給出有關短肢剪力墻結構設計具體的標準，因此，工程設計人員在設計中常常無標準可循，這就需要設計人員擁有長期的經驗積累，利用正確的經驗進行設計。

關鍵詞：短肢；剪力墻；結構設計

一、引言

近年來，隨著人們對住宅，特別是小高層及多層住宅平面與空間的要求越來越高，原來普通框架結構的露柱露梁、普通剪力墻結構對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求?！岸讨袅Y構”這種新的高層住宅結構體系由于克服了普通框架與普通剪力墻結構的缺點，有利于住宅建筑布置，結合住宅建筑平面開問小、進深小及層高低的特點，又可進一步減輕結構自重，逐漸得到了推廣應用，并廣泛受到建筑師和業(yè)主的歡迎。

二、短肢剪力墻設計要求

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為4～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。當截面高度與厚度之比小于3時，應按柱計算（當形成異型柱時，則應按異型柱的要求設計，但高層建筑中不允許采用異型柱框架結構），至于剪力墻高度與厚度之比大于3、又小于4的剪力墻，實際上也是短肢剪力墻，由于它們更弱，可以提出不宜采用小于4的墻肢，對這種小墻肢的軸壓比應修予更嚴格的限制，因此即使采用短肢剪力墻，也要盡可能使墻肢截面高度與厚度之比大于4。

三、短肢剪力墻結構布置

1、短肢墻的數(shù)量應當適中，避免結構太剛或太柔，滿足豎向荷載和抗側力需要即可。

2、短肢剪力墻的縱橫應盡量均勻分布，其軸向應力不應相差懸殊。

3、短肢剪力墻肢間距不宜過大，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，既有利于梁的支撐，又可以分散荷載，以加強其整體性和滿足平面剛性的要求。

4、各短肢剪力墻應盡量對齊并拉直，與連梁一起構成成片的聯(lián)肢墻抗側力結構。

5、每道短肢墻宜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，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矩形柱。

6、小高層建筑外圍部分的豎向構件根據(jù)受力的需要和建筑平面布置，設置適量的鋼筋混凝土短肢剪力墻，在各短肢剪力墻的墻肢間布置連系梁，把這些短肢墻以及核心筒連成一個整體，構成整幢建筑的結構體系。

四、結構布置中需注意的問題

短肢剪力墻結構抗震性能較差，故應加強抗震薄弱環(huán)節(jié)，注重概念設計，滿足高規(guī)要求。

1、短肢剪力墻應均勻布置，使墻的軸向應力差別不宜過大。豎向布置短肢剪力墻，盡可能做到墻肢上、下對齊、連續(xù)，盡量避免洞口錯位，與連梁一起構成連續(xù)跨數(shù)較多的抗側力體系。

2、每道短肢剪力墻宜有兩個方向的梁與之相連接，連梁盡可能布置在墻肢的豎向平面內。短肢剪力墻應該盡量在另一方向上設置翼緣，盡可能避免有一字形短肢剪力墻出現(xiàn)。結構布置上考慮縱橫墻的共同作用。

3、短肢剪力墻應設計成強墻柱弱連梁的體系。所謂強墻柱，是指墻柱可采用強度等級高的混凝土，加強墻柱配筋：盡可能減少連梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墻體系計算更合理。

4、抗震設計時，高層建筑結構不應全部采用短肢剪力墻；B級高度高層建筑及9度抗震設計的A級高度高層建筑，不宜布置短肢剪力墻，不應采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構。當采用具有校多短肢剪力墻的剪力墻結構時，應符合下列規(guī)定：1在規(guī)定的水平地震作用下，短肢墻承擔的底部傾覆力矩不宜大于結構底部總地震傾覆力矩的50%。2房屋適用高度應比高規(guī)表中剪力墻結構的最大適用高度適當降低，7度、8度（0.2g）和8度（0.3g）時分別不應大于100m、80m和60m。

五、短肢剪力墻結構的計算分析

對短肢剪力墻結構的設計計算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結構分析相同，可采用三維桿——系簿壁柱空間分析方法（TBSA、TAT）或空間桿——墻組元分析方法（TBSSAP、SATWE）。其中空間桿墻組元分析方法計算模型更符合實際情況，精度較高。目前國內大多采用中國建研院系列軟件中的TAT和SATWE來計算。

1、TAT

TAT軟件采用的是三維空間模型，對剪力墻采用薄壁柱單元計算原理，對梁柱采用空間桿系計算原理。在TAT計算中，為了使結構受力更合理，應對結構進行計算簡化；對多肢剪力墻計算最常用的手段是按剪力墻開洞的辦法進行，開洞應上下對齊，減少上下偏心。剪力墻開洞后，洞口上下剩余部分TAT用梁單元來模擬。開洞主要是為了把剪力墻簡化為符合薄壁柱的計算模型，同時使簡化后的剪力墻的受力更為明確。TAT中樓板采用剛性樓板假定，即平面內剛度無限大，平面外剛度為零。此假定對規(guī)則結構即樓板無大開洞且板厚不大的常規(guī)結構計算誤差很小。

2、SATWE

SATWE是專門為多高層建筑結構分析而研發(fā)的空間組合結構有限元分析軟件，適用于各種復雜體型的高層鋼筋混凝土結構體系計算。SATWE是以殼元理論為基礎構造一通用的超單元墻元為模擬剪力墻，它不僅具有平面內剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬剪力墻的受力狀態(tài)。而且墻元的每個節(jié)點都具有空間6個自由度，可方便地與任意空間梁柱單元連接，無需任何附加約束。SATWE給樓板4種簡化假定，即假定樓板整體平面內無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。

六、短肢剪力墻結構的質量控制

墻身超厚主要是因為模板就位調整不認真，穿墻螺桿沒有全部穿齊、擰緊，模板斜撐加固不到位等造成的；混凝土墻體表面粘結是因模板清理不好，模板劑涂刷不勻、漏刷，以及拆模過早等造成的；漏漿的產生主要是因為模板拼裝時縫隙過大，固定措施不牢固，有時也與混凝土坍落度有關；墻體爛根現(xiàn)象近年來有所減少，可能與重視程度有關，原因主要還是模板下口縫堵不嚴、固定不牢，施工縫處理不好、夾有雜物，澆筑混凝土時未按要求先澆一層10-100mm厚與墻體混凝土同等級的減石砂漿等；門窗洞口混凝土變形的主要原因是側模板的組裝與大模板的固定不牢固，混凝土澆搗時洞口兩側混凝土未做到對稱、均勻澆筑、振搗，造成混凝土沖擊洞口模板。

七、總結

高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。設計時應注意：短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構；其次，具有較短肢剪力墻的墻的剪力墻結構最大適用高度應比規(guī)范中剪力墻結構的規(guī)定值適當降低，7度、8度（0.2g）和8度（0.3g）抗震設計時分別不應大于100m、80m和60m；第三，對于B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度高層建筑，即使設置筒體，也不應采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構；第四，如果在剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不屬于這種短肢剪力墻與筒體共同工作的剪力墻結構。