摘要：在众多短肢剪力墙结构的试验资料与工程实践基础上，论述了这种结构形式的受力特点，并分析了结构计算及构造的相关问题。
关键词：结构建筑；结构形式；结构设计；岩性短肢剪力墙；受力分析
近年来，随着城市的不断发展，用地紧张的问题日益突出，十层和十层以上的“小高层”住宅不断涌现，原来的砖混结构和异形柱框架结构体系已不能满足设计要求，一种新的结构体系应运而生——短肢剪力墙住宅结构体系。
短肢剪力墙是剪力墙结构的一种特例。剪力墙结构墙体是由钢筋混凝土墙组成，墙肢高度与厚度之比>8，其上开门，开窗均需按规范要求，而短肢剪力墙是由一些独立的钢筋混凝土墙段通过连梁组成，墙体间的洞口不是安装门窗，而是用砖或其他轻质材料来填充，它有点类似于异形柱框架，但又非异形柱框架，其墙肢高度与厚度之比一般为5～8，墙厚≥200mm，它属于剪力墙结构。
这种结构形式的特点：一是结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾；二是墙的数量可多可少，墙肢可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心位置；三是能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单；四是连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽；五是根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度的要求。
下面就短肢剪力墙在工程设计中的应用作一些探讨。
1.短肢剪力墙的结构布置
高层住宅一般不应采用全部为短肢剪力墙的结构体系。根据建筑平面特点，通常利用中部由楼梯，电梯及管道井等形成的竖向交通区设置较多的剪力墙，组成一个较完整的筒体，是整个建筑受竖向荷载和抗侧力的主要部分，外围部分的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置，在间隔墙交接处布置适量的短肢剪力墙，目前常用L形，T形，也有少量十字形，Z形，一字形，各墙肢间布置连系梁，把这些短肢墙以及核心筒连成一个整体，以构成整栋建筑的结构体系。
短肢剪力墙布置尚应注意以下几点原则：（1）平面布置上宜使结构的平面形状和刚度均对称，两个主轴方向的布置应协调，避免扭转带来的不利影响，使合力中心尽可能和刚度中心重合，减小偏心距。（2）各墙肢应尽量对齐，使之与梁一起构成较规整，多跨的抗侧力体系。（3）建筑平面的收进和突出部分L/B≤1，且L/Bmax≤0.3。（4）竖向布置上，应力应规则，均匀，避免有过大的外挑，内收，以及楼层刚度沿竖向突变。
2.结构计算
短肢剪力墙在设计中宜优先采用基于空间工作的计算机分析方法。目前，这类软件有广厦SSW，TBSA，TAT，SATWE等。我院大部分采用由广东省建筑设计院开发的广厦CAD系列之“高层建筑三维（墙元）分析程序SSW”，它采用空间杆件单元模拟梁和柱，对（实体或开洞）剪力墙用平面应力有限元凝聚而成的墙元进行分析，墙元通过准边界点或镶边柱与平面外的杆件相连接。它不仅考虑了剪力墙平面内刚度，又可以考虑剪力墙平面外刚度，可以很好的模拟剪力墙的受力状态。
3.构造要求
短肢剪力墙结构的构造要求同一般剪力墙结构。短肢剪力墙一般有两种形式：一是端部做暗部，设置剪力墙水平和竖向分布筋，另一种有点类似异形柱的配筋方法，以腹部均匀配筋，腹部钢筋面积根据电算时人为设置竖向分布的配筋率来计算，电算出的暗柱钢筋面积放在端部，以L形为例。这两种配筋形式何者更有利，应根据实际情况而定。当肢长较短时，后者配筋更简化，有利施工且用钢量稍优。对于肢长较长的短肢剪力墙，则采用前者更佳。
由于结构计算的假定和实际受力情况总是有差异的，因此我们常常通过一些构造措施来弥补。如加强位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙的延性构造措施，适当增加配筋率和配箍率，避免将一些短肢剪力墙布置在建筑外边及交点处等等。
4.工程实例
4.1工程概述
某工程总建筑面积24330m2，地下一层停车场，地上一、二层为商场，其上有五座塔楼，其中1＃塔楼13层，2＃、3＃塔楼5层，4＃、5＃塔楼1层，均为住宅。本工程安全等级二级，不考虑抗震设防。基础采用梁板式筏形基础，主体下部大底盘为框架剪力墙结构，上部1＃塔楼为短肢剪力墙结构，2＃～5＃塔楼为砖混结构，在各塔楼的跨中位置共设有四道伸缩缝和多道后浇带，其中1＃塔楼对应下部底盘设双柱伸缩缝与其余部分脱开，现仅介绍这一部分的情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.2方案的确定
1＃塔楼为13层的住宅，最高处达40.25m，如果采用异形柱，轴压比超过规范限值，而如果按房间分隔采用剪力墙布置，就不可避免的采用转换层过渡，由此带来的不合理性有：（1）上部剪力墙结构承载力没有得到充分发挥。（2）增设转换层使主体结构竖向力传递路线不直接，也影响建筑的总高度。（3）对结构抗震不利。（4）以上诸点造成总体工程造价不经济。
经过比较分析，最后决定1＃塔楼下部采用框架剪力墙结构，上部住宅采用短肢剪力墙，根据建筑平面布置，利用电梯间，管道井和楼梯间设置剪力墙，形成筒体直至屋面，在房间转角部位设短肢剪力墙，结合建筑的使用功能，使下部柱网与上部住宅部分的短肢剪力墙均能对应布置，不设转换层。
4.3主要构件
4.3.1竖向构件
方柱600×600mm，核心筒体地下室部分墙厚250mm，1～13层墙厚200mm，短肢剪力墙墙厚200mm，长度一般为1.0～1.3m。
4.3.2水平构件
三层楼面处转换梁550×700mm～550×900mm，板厚200mm，双向双层配筋，3层以上短肢剪力墙连梁200×300mm～200×600mm.
4.4电算结果
结构计算采用广厦SSW（7.5版）程序进行计算，经过计算，结果如下：
总风荷载；Q=753.7507KN，Q=754.0043KN
最大层间位移与层高之比：△U/H=1/6866，△U=1/6490
结构顶点位移与总高度之比：U/H=1/7069，U/H=1/6671
计算结果均满足规范要求。
4.5构造措施
4.5.1柱，梁和短肢剪力墙连接部位设计；
柱与短肢剪力墙连接处应按照“能通则通”的原则，使柱中部分受力钢筋延伸至底层短肢剪力墙墙顶，短肢剪力墙的竖向钢筋在梁内锚固长度≥La。
4.5.2最底层的短肢剪力墙配筋
除按电算结果配置外，还应同时满足高规（JGJ3-91）第5.3.15条对剪力墙加强区的最小配筋要求，第5.3.16条剪力墙端部，暗柱底部加强区最小配筋率要求和第5.3.17条对剪力墙小墙肢的配筋要求。
4.5.3为确保短肢剪力墙的安全，其暗柱箍筋适当加大，2层框架柱即短肢剪力墙下层的柱箍筋也全场加密，三层楼面框架梁则参照框支梁的要求增设侧向钢筋和密箍。
4.5.4三层楼板厚取180mm，按双层双向配筋，适当提高配筋率，以增加其平面内刚度。
4.5.5连梁均参照框架结构在箍筋加密区做箍加密设计。
4.5.6为保证屋面尽可能少的产生温度及收缩裂缝，除在建筑上采用有效的保温措施外，适当增加屋面板厚，加大配筋率，以控制裂缝的发展。
这种结构具有如下特点：一是由于截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；二是对于长柱（H/h>4）可以不考虑切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好；而对短柱（H/h<4），剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围，且属薄壁构件，即使发生延性的弯曲变形破坏，也因截面曲率M/EI或εcu/x（εcu为砼的极限压应变，x为截面受压区高度）较小，使弯曲变形性能有限，延性较差；三是由于异形柱是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在不仅使柱肢易先出现裂缝，也使各肢的核心砼处于三向剪力状态，致使异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由于其受力性能的复杂，设计中心必须通过可靠的计算和必要的措施来保证其强度和延性。
随着新型墙体材料的不断开发和应用，短肢剪力墙结构有着越来越广阔的发展前景和越来越大的市场需求，在设计中一定要根据其受力特点，充分了解其破坏的各种原理，选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，其结构才能有可靠的安全保证。
论文作者:胡凤华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/10/31
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 塔楼论文; 平面论文; 建筑论文; 受力论文; 《基层建设》2017年第20期论文;