关于结构设计小高层短肢剪力墙结构设计

摘 要：近年来，短肢剪力墙结构由于具有平面布置灵活，空间不受限定，结构稳定等优点，从而在房屋建筑中得到了广泛地应用。文章主要阐述了短肢剪力墙结构的优势，并以小高层建筑为背景，着重针对短肢剪力墙结构的计算分析、布置原则以及配筋构造等要点进行了分析与研究，以供大家参考。
关键词：短肢剪力墙计算分析结构布置抗震构造

1 短肢剪力墙结构的优势

目前，短肢剪力墙结构在小高层建筑结构设计中得到了推广及应用，其主要的优势包括以几个方面：
（1）与框架结构相比，它可结合建筑平面，利用间隔墙位置布置竖向构件，基本上不与建筑功能产生矛盾；
（2）根据建筑平面抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙筒体形成主要抗侧力构件，易满足刚度和强度要求；
（3）剪力墙数量和肢长可随意选择，主要视抗侧力需要而定，还可通过不同尺寸和布置来调整其刚度中心位置。
（4）与普通剪力墙结构相比，随着剪力墙数量减少和结构自重减轻，整体结构刚度也减小，可削弱地震作用，对结构抗震较为有利；
（5）墙肢高度比较大，延性好，主要由受弯承载力决定破坏状态，对抗震有利；
（6）减少了剪力墙数量，以轻质砌体替代，造价相对较低；
（7）外墙墙面有相当一部分采用轻质保温材料替代钢筋混凝土墙面，改善了房屋的保温隔热性能，满足建筑节能要求。

2 实例分析

2.1 工程概况

某小高层建筑，采用短肢剪力墙结构，基础为静压预应力管桩基础， 地上10层，地面以上结构高度33m， 建筑面积 7500m2， 结构安全等级为二级，设计使用年限为50 年，建筑抗震设防类别为丙类，本工程基本风压为 0.5KN/m2，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.01g，设计地震分组为第1组，建筑物场地土类别为Ⅱ类。

2.2 计算分析

本工程采用中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（墙元模型）SATWE进行计算。计算分析结果如表1。
表1

本工程严格按规范条文进行设计计算，因短肢剪力墙较多，布置了电梯筒体和一般剪力墙，形成短肢剪力墙与筒体和一般剪力墙共同抵抗水平力的剪力墙结构，并符合下列规定：
（1

摘自：毕业论文答辩www.udooo.com

）其最大适用高度比《高规》中剪力墙结构的规定值低，本工程地面以上结构高度为33m，低于100m；
（2）抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩为结构总底部地震倾覆力矩的65%，不小于50%；
（3）抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级比《高规》规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用；本工程短肢剪力墙抗震等级为一级；
（4）抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比， 抗震等级为一级不宜大于0.5；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1，不大于0.4；
（5）抗震设计时，除底部加强部位应按 《高规》规定调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一级抗震等级乘以增大系数1.4；
（6）抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于

1.2%，其他部位不宜小于 0%；

（7）短肢剪力墙截面厚度最小值为200mm。

2.3 结构布置

短肢剪力墙结构布置较灵活，不同的结构方案会导致不同的效果， 总结已往经验， 若要取得良好的抗震效果，在结构布置上应遵循如下原则：
（1）高层建筑不应全部是短肢剪力墙结构，若短肢剪力墙较多，可在竖向交通中心区布置筒体或一般剪力墙来共同抵抗水平力。
（2）短肢剪力墙应布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处，但不必在每墙交接处设短肢墙满足竖向荷载和抗侧力的需要即可。
（3）短肢墙的数量和长短可根据结构受力的需要来确定。 可由基本自振周期来判断剪力墙布置是否合理。
（4）短肢墙应尽量对齐、 拉直，以便和连梁一起构成抗侧力构件。
（5）在外凸部分，平面外边缘和角点处，容易产生大的应力集中，应设短肢墙以满足平面刚性和抗扭的要求。
（6）采用普通楼板时，短肢剪力墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大，否则应采用预应力楼板。
（7）剪力墙相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间应避免小墙肢，试验表明:墙肢宽度与厚度之比小于3的小墙肢在反复荷载的作用下，比大墙肢开裂早，即使加强配筋，也难以防止小墙肢的较早破坏。
（8）纵横向剪力墙宜布置成T形、L形、十字形以避免布置与墙平面单侧相交的梁，同时亦可以使纵墙可以作为横墙的的翼缘，横墙可以作为纵墙的翼缘，提高其承载力和刚度。
（9）尽可能的不布置一字形墙，如不可避免时，应将一字墙布置成长肢剪力墙。

2.4 抗震构造措施

短肢剪力墙除了要按结构计算进行配筋外，还应设构造钢筋。 短肢剪力墙的侧向刚度介于异形框架柱和普通剪力墙之间，以轴向力为主，弯矩为辅。跟异型框架柱和普通剪力墙结构一样，短肢剪力墙在设计时也要加强边缘构件的配筋。
短肢剪力墙主要布置在房间分隔墙的交点处，根据抗侧力的需要及分隔墙相交的形式而确定适当数量，并在各墙肢间设置连系梁形成整体。 这种结构系实属剪力墙结构的一种， 短肢力剪力墙结构中，除墙肢平面内有梁外 常垂直墙肢方向也有梁，此类梁由于支座面筋要满足锚固（0.4Lae）构造要求，因此在配筋时要选用小直径的钢筋，采用“密而小”的配筋原则，这样即满足0.4Lae锚固要求也有利于梁端裂缝控制。本工程框架梁抗震等级为，框架梁混凝土强度等级C25，此位置短肢墙厚度为200mm，因此选用直径Φ12的钢筋，0.4Lae=0.4×35d=0.4×35×12=168mm，满足要求。
振动台模拟地震试验结果表明，建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部的小墙肢、 连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在短肢剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强抗震构造措施。
本工程抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。 如按剪力墙的边缘构配筋方法，由于短肢剪力墙墙肢较短，可能会出现全截面均配钢筋，这对短肢剪力墙的受力并不是最佳，因此建议墙肢角部钢筋配在0.2L(L为墙肢长)墙肢范围内。
在抗震设计的双肢剪力墙中，墙肢不宜出现小偏心受拉，如果双肢剪力墙中一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢会出现水平通缝而失去抗剪能力，且由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致其抗剪承载力不足，因此，应当避免墙肢出现小偏心受拉。

3 结束语

总之，短肢剪力墙结构作为一种新的高层住宅结构形式，是在原有剪力墙的基础上吸取框架结构的优点，具有平面和房间布置灵活，不受建筑空间的限定，室内结构稳定等特点，从中得到进一步推广及应用。但随着小高层住宅短肢剪力墙结构设计呈多样化的趋势，如何充分运用概念设计，把握结构的整体性，科学布置剪力墙，合理进行结构设计成为结构设计的首要任务。
参考文献
建筑抗震设计规范GB50011-2001[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.
刘自力，周云，刘丰.短肢剪力墙结构体系研究与运用[J].广东土木与建筑，2005（3）.