建筑短肢剪力墙结构

1案例分析

某住宅小区工程，主体结构为地上13层、地下2层，总建筑面积为14400m2，开发商为了降低成本，要求设计单位对结构方案进行优化，并要求在满足安全使用的前提下，将主体结构的用钢量控制在50kg/m2以内。结构优化设计时对以下两个方案做了比较。方案一:采用普通现浇钢筋混凝土抗震墙结构。本方案的特点是:依据建筑平面布局设置钢筋混凝土抗震墙，对较长的墙用结构洞将其分为联肢墙，使各墙段的刚度均匀，由于抗震墙较多，可以构成整体抗侧力很强的体系，对较高建筑抗震特别有利。但若房屋高度不大，反而会因刚度过大而招致较大的地震作用，而且造价也会增加，并非是理想的方案。方案二:短肢剪力墙一般剪力墙结构。本方案的特点是:结合建筑平面、利用间隔墙位置来布置竖向构件，剪力墙的数量可多可少，剪力墙肢可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同尺寸和布置调整刚度和刚度中心的位置；由于减少了剪力墙数量，并代之以轻质填充墙，不仅房屋总重量可以减轻，同时也可适当降低结构刚度，使地震作用减少，这不仅对基础设计和结构抗震较为有利，同时也可降低工程造价，还可加快施工进度。这种结构体系通常视建筑平面及抗侧力的需要，将中心竖向交通区处理成为筒体，以承受主要水平力。

2结构分析

由于短肢剪力墙抗震性能差，在地震区应用经验不多，因此在设计时，首先要选择适合的计算软件，合理地选择计算分析方法，确定计算模型和相关参数，并加强对计算结果合理性的判断，特别要加强概念设计。

1）高层点（板）式住宅采用短肢抗震墙结构体系，只要抗侧力构件布局合理，是比较理想的一种结构体系。但在地震区高层建筑中，剪力墙不宜过少，墙肢不宜过短，因此不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑,要求设置剪力墙筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（一般剪力墙）共同抵抗水平力的结构。

2）短肢墙的布置合理、对称、均匀、力求质量中心与刚度中心重合,短肢墙布置应以T形、L形、]型、+形为主，这样可增加短肢墙抗扭性能和出平面外稳定性。

3）短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘角部外的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，因此应加强其抗震构造措施，如减小轴压力比、增加纵筋和箍筋的配筋率。

4）主要抗侧力结构筒体或长墙一般利用楼、电梯间，但要注意刚度的均衡性，不要集中在一处布置而使建筑产生过大的扭转效应，同时筒体要有足够的刚度，其平面尺寸不宜过小，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，形成多道抗震防线。为了确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计，短肢墙之间的梁净跨宜取4～6m，使其具有一定的耗能作用。

5）短肢墙受力以承担竖向荷载为主、承担水平荷载为辅，其截面尺寸要适当，墙肢截面高度与厚度之比宜在5～8，且墙厚不小于200mm；当墙肢截面高度与厚度比≤3时，应按柱的要求进行设计，短肢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、二、三时分别不宜大于0.5、0.6、0.7。对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，因其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。

6）短肢剪力墙采用的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级，主要目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性。

7）对于短肢剪力墙的剪力设计值，不仅底部加强部位应按规范调整，其它各层也要调整，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2，主要目的是避免短肢剪力墙过早的剪坏。

8）抗震设计时,短肢剪力墙截面的纵向配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。

9）各短肢墙应尽量对齐、拉直，使之与连梁一起构成较规则且连续均匀的抗侧力片。并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连续。

10）短肢墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可以通过不同尺寸和布置调整刚度和刚度中心位置。

11）短肢剪力墙一筒体或一般剪力墙结构体系的电算分析力学模型建议采用高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE；短肢剪力墙结构体系各部位宜取两种力学模型分析结果的不利工况；短肢墙之间的梁应根据跨高比的不同分别按连梁、框架梁计算内力和配筋一般情况下当短剪力墙洞口形成跨高比小于5的连梁,应按梁进行设计；当跨高比小于5时，宜按框架进行设计，短肢墙仍属于剪力墙的范畴,配筋可采用一般剪力墙的计算方法，但是对于长宽比小于3的短肢墙则必须按柱的方法进行设计。注意整体计算需考虑填充墙对建筑基本自振周期的影响，折减系数可取0.8～0.9。

12）由于外墙面钢筋混凝土短墙肢之间填充墙与钢筋混凝土墙的变形模量不同，在二者交界处易产生裂缝，通常采取的措施是在做粉刷时，在二者交界处附粘一层玻璃丝布，使应力平缓过渡。

作者：闫超合 单位：河北筑美工程设计有限公司