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近十幾年來，隨著人們對住宅，特別是多層、小高層住宅平面與空間設計的要求越來越高，普通框架結構的露梁露柱，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平面與空間的要求，于是在原有框架結構的基礎上，吸收了剪力墻的優點，逐步發展形成了能適應人們新的住宅觀念的多層和小高層住宅結構形式，即異形柱框架結構體系和短肢剪力墻結構體系。在高層住宅的設計中，短肢剪力墻結構是應用比較多的一種結構形式，與異形柱框架結構相比，它的抗側向變形性能好，可適應更高的建筑高度，對于7度和8度抗震設防時，分別可達100m和60m【lJ。同時，與剪墻結構設計的有關問題。對于小高層住宅的結構選型、短肢剪力墻結構設計過程中結構布置、剪力墻數量、截面選擇等問題進行了探討；同時采用SATWE程序對結構進行了分析，并對計算結果作出比較。

1短肢剪力墻的力學性能

1．1短肢剪力墻的定義

短肢剪力墻是聯肢剪力墻的一種，《高層建筑混凝土結構技術規程》(JBJ3．2002)對短肢剪力墻的定義是：短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻；即短肢剪力墻應滿足5≤／h^≤8(1)力墻結構相比，短肢剪力墻結構比較經濟、且結構為墻肢截面高度，％為墻肢截面厚度。塑量墾適：奎全二三堡壅，討論了短肢剪力以上僅從構件的幾何尺寸來限定短肢剪力墻是不嚴格的，因為滿足以上條件的各種結構形式，其力學性能差異較大，因而造成短肢剪力墻結構設計的混亂L2J。本文從經濟和安全的角度出發，根據短肢剪力墻的力學特性，引入肢強系數‘和整體性系數c【對短肢剪力墻進行限定【4J。(1)短肢剪力墻應滿足k[]≤《；，≤[](2)其中，k為系數，0<k<l，經對結構的分析，一般取k=-0．9，II為大多數樓層不出現反彎點時的肢強系數。肢強系數的表達式為=(3)。J，為所有墻肢截面對組合截面形心的二次面積矩之和；，-一組合截面的慣性矩；(2)、短肢剪力墻應滿足<10，的表達式為㈩其中，為肢距系數；D為連梁的剛度系數，為各墻肢的總剛度。當剪力墻的墻肢截面形式確定后，值的大小反映了剪力墻矩形洞口寬度的大小，小，洞口的寬度小，大，洞口的寬度大；當墻肢的截面形狀和大小確定的情況下，的大小反映了剪力墻矩形洞口的高度，a大，洞口高度小，小，洞151高度大。

1．2整體性系數a對短肢剪力墻的影響

1．2．1整體性系數對側移曲線的影響

在水平荷載作用下，短肢剪力墻側移曲線呈明顯的彎剪型，即底部數層為彎曲型，受力性能較好；頂部數層為剪切型，受力性能較差。水平均布荷載作用下短肢剪力墻的側移方程為：=警1吩1]+11I2(1(一去1一+_1]一而1面1+s]]一。0sh(～sinh(ko~H(卜jj，=11+A=+4聲一z’’一’為考慮剪切變形的連梁截面等效慣性矩，、厶分別為兩墻肢截面慣性矩，4、分別為兩墻肢截面面積，H為墻體總高度，h為層高，1為兩墻肢形心之間的距離，為連梁的凈跨，g為尸t均布荷載的分布集度，=告，k=71。

1．2．2整體性系數對墻肢應力的影響

外荷載產生的傾覆力矩可分解為兩部分：兩墻肢整體彎曲所抵抗部分和兩墻肢局部彎曲所抵抗部分。此時，由兩墻肢整體彎曲所抵抗的外荷載傾覆力矩為M=kM(6)由兩墻肢局部彎曲所抵抗的外荷載傾覆力矩為M，=(1一k)M(7)為外荷載產生的傾覆力矩，k為兩墻肢整體彎曲所抵抗的外荷載傾覆力矩的比例，其表達式為去I竽-cha~+(sha-tz)l(8)為剪力墻相對高度，0為剪力墻的頂部，1為剪力墻的底部。綜上所述，在水平均布荷載作用下，雙肢對稱短肢剪力墻，在肢強系數較大時，側移曲線反彎點相對高度隨整體性系數oc的增大而減小；在肢強系數較小時，側移曲線反彎點相對高度隨整體性系數的增大而增大。整體性系數僅不宜過小。

2高層住宅短肢剪力墻結構設計

2．1工程概況

該工程為鞍山市“都市陽光”住宅小區高層住宅建筑，本文討論一個伸縮縫區段。建筑面積為3876m，標準層建筑面積為338m。縱向總長度為24．97m，橫向總長度為14．3m。開問為3．3m～5．1m，進深為4．5m～6m。層數為十一層，局部躍十二層。其中一至十一層層高為2．9m，十二層層高為2．7m。建筑總高度為36．95m。外墻采用300mm空心磚，內夾70厚水泥聚苯板，內墻采用200厚空心磚。結構形式采用短肢剪力墻。樓蓋采用現澆鋼筋混凝土肋形樓蓋，墻、柱、梁均為現澆，抗震設防烈度為七度。

2．2短肢剪力墻結構設計應注意的問題

(1)嚴格控制短肢墻的軸壓比，尤其是無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻。目前，根據國內外研究結果，在承受壓彎作用的剪力墻中，當處于小偏壓狀態時，墻的延性較差。不僅如此，即使在大偏壓狀態下，若軸壓比較大，混凝土受壓區的邊緣應力很高，如果混凝土沒有約束或約束不夠，可能混凝：E先達到極限壓應變，出現豎向裂縫，甚至壓碎，使構件喪失變形能力和承載能力。因此，在設計時，應嚴格控制短肢墻的軸壓比，以保證短肢墻的延性。

(2)應采取三維計算方法進行結構的動力特性分析和桿件內力計算。這時對于豎向構件又有薄壁桿模型與墻元模型，前者是一種簡化模型，但精確度較低：后者是板元與膜元的組合，是一種高精度力學模型。

(3))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，設計時宣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。

(4)各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近；抗震設計中，簡體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構底部地震傾覆力矩的50％，必要時也可以通過增加長肢墻的方法調整剛度中心位置。

(5)短肢剪力墻結構體系的抗震薄弱環節是建筑外邊緣及角點處的墻肢，特別是“一字形”短肢剪力墻，可出現先于與其相連的梁破壞的情況。如當高層短肢剪力墻結構有扭轉效應時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂。因此，設計時應采取必要的措施，如對位于建筑外邊緣及角點處的短肢剪力墻應減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率，加強小墻肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻，以保證結構的安全性、實用性。

(6)要正確判定短肢剪力墻結構墻肢平面內梁的屬性。《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ5—2002)規定：剪力墻開洞形成的跨高比小于5的連梁應按連梁進行設計；當跨高比大于5時宜按框架梁進行設計。連梁的剛度變化，直接影響了結構的總體抗側移剛度，合理地選擇梁的截面和配筋，有利于提高結構的抗震性能。因此’／J、高層住宅短肢剪力墻結構在實際設計時，墻肢剛度可相對減小；連接各墻肢間的梁剛度不應折減。只有這樣，才能使梁截面設計易于滿足規范的要求，偏于安全。

(7)小高層住宅在設計時，為避免連梁剪切破壞先于彎曲破壞，應滿足強剪弱彎的要求；不宜采用窗下墻作為連梁，因為窗下墻高度很大，形成剛度很大的剪切塊，不利于結構的抗震設計，所以，宜將連梁設計成為截面、剛度較小的弱連梁。

2．3主體結構設計

(1)結構選型根據開發商的要求，房間內不允許露出柱或梁等結構構件。本工程可供選擇的結構方案有異形柱框架剪力墻結構和短肢剪力墻結構。由于異形柱框架結構要求肢高與肢厚之比不應大于4，且柱的凈高與柱截面長邊尺寸之比不宜小于4、不應小于3J，由此對截面尺寸產生了限制。經初步估算，采用異形柱框架時柱的軸壓比超出限值，異形柱框架結構的高度限值為35m，本工程的建筑高度為36．95m[6】。且本市對異形柱框架結構的高度限值更為嚴格，故決定不采用異形柱框架結構。對于短肢剪力墻結構，經初步估算，其軸壓比、側移、扭轉及總高度限值等方面均能滿足要求，故最終決定采用短肢剪力墻結構。

(2)結構布置

結合本工程的特點，在結構布置時，以滿足結構承載力、控制結構變形、減少扭轉、控制軸壓比等多方面指標綜合確定剪力墻的布置。結構布置主要采取以下措施[9-10]：①根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2002。高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構，本工程沿樓梯間布置長剪力墻，并結合電梯間形成短肢剪力墻．筒體結構。在其余部位，采用小開間布置剪力墻的方式，沿內外墻交接處布置短肢剪力墻。為增加短肢剪力墻的側向剛度，盡量將短肢剪力墻布置成T形、L形或H形。②合理布置水平抗側力結構，各個軸線的水平抗側構件盡量分布均勻、對稱，以減少結構的扭轉。在布置剪力墻時，隨時應用SATWE程序對結構進行分析，并根據分析結果，調整各軸線上的墻肢長度，盡量減少結構的質量中心與剛度中心的偏差。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1．2倍，不應大于該樓層平均值的1．5倍。本工程控制在1．06倍。一層樓面的剛度中心和質量中心坐標見表1。③控制剪力墻的軸壓比不超過規定的限值。本工程為二級抗震等級，按14kN／m估算，將短肢剪力墻的軸壓比限制在0．6以下，對于一字型短肢剪力墻，軸壓比控制在0．5以下。墻肢長為肢厚的5～8倍，同時要兼顧建筑門窗洞口的要求。剪力墻外墻厚為250nli／1，內墻厚為200mm。±0．000以下墻肢加厚100mm。④保持豎向剛度連續，四層以下采用C40級砼，五～八層采用C35級砼，九層以上采用C30級砼，梁、樓板采用C25砼。剪力墻截面沿豎向不變化。⑤為加強結構整體性，樓屋蓋均采用現澆。⑥內墻梁截面寬度為200mm，外墻梁截面寬度為250mm。梁高初步按凈跨1／10確定。剪力墻數量布置的的多少，是結構設計中至關重要的一個問題。剪力墻布置的太少，結構側向剛度小，結構側移大；剪力墻過多，地震力大，又不經濟。在框架．剪力墻結構的設計中我們常采用一些指標來指導我們的剪力墻布置[11-14，如壁率、平均壓力、參照實際工程中的剪力墻數量等等。壁率的計算有“單位建筑面積墻長”和“單位建筑面積墻面積”兩種計算方法，前者比較粗略，后者反映了墻厚的因素；平均壓力是樓層以上重量除以墻、柱截面積，它反映了層數、重量及結構截面積等因素。參照實際工程中的剪力墻數量時我們用“單位建筑面積墻面積”的壁率值加以比較。但是地震力的大小不僅與建筑的質量多少有關，還與建筑的高度有關。所以我認為應該在壁率的計算中引入建筑總高度或建筑層數的因素，既考慮總高度因素的壁率=覆考慮層數因素的壁率=覆但是，考慮高度、層數因素的剪力墻壁率值多少合適，本人還沒有統計過，還需要在這一方面做許多理論、實踐以及震害調查工作。現將本工程設計中的剪力墻布置情況列于表2。

(3)主要分析結果

SATWE是專門為多高層建筑結構分析而研發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。而且墻元的每個節點都具有空間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。采用SATWE程序進行分析，短肢剪力墻按墻元模型輸入，短肢剪力墻間的梁作為連梁計算。結構在風荷載和地震作用下的位移圖見圖1。從圖中可以看到，在地震力和風荷載的作用下，結構的變形接近框一剪結構的彎剪變形。從位移計算結果來看，在前面所確定的“壁率”等指標下，短肢剪力墻結構能夠較好的控制結構的位移。部分結果見表3。

3與異形柱框架結構的比較

將本工程與同一小區條件類似并采用異形柱框架結構的工程相比，短肢剪力墻結構具有側移小、剛度大的優點。短肢剪力墻比異形柱框架鋼筋及混凝土用量的數據見表4在墻柱鋼筋用量方面，短肢剪力墻比異形柱多4．8kg／m，而梁的鋼筋短肢剪力墻比異形柱：少14．87kg／m，這是由于短肢剪力墻結構梁的跨度比異形柱框架梁的跨度小；在墻柱混凝土用量方面，短肢剪力墻比異形柱混凝土用量多0．1／m，梁的混凝土用量短肢剪力墻比異形柱框架結構少0．022m／m。模板總用量短肢剪力墻結構比異形柱框架結構多0．49m2／m。

4結論

短肢剪力墻結構的設計應在限制結構位移、減少扭轉、控制軸壓比的原則下，合理布置剪力墻的數量和位置，同時采取合理的構造措施，加強樓屋蓋的剛度并設置暗柱，提高結構的整體性。在計算剪力墻的壁率時，應考慮建筑總高度和層數的因素，不斷積累經驗，使其更加合理。