浅析高层房屋短肢剪力墙结构设计要点

李海洋

摘要：随着城市化步伐的加快，城市建筑土地的紧缺，使高层建筑得到了很快的发展，也给高层建筑的结构设计带来了新的挑战。人们对高层住宅平面与空间的要求越来越高，高层建筑的结构设计成为人们关注的焦点。文章通过介绍高层房屋短肢剪力墙的受力特点、结构布置、构造要求、设计中注意的问题等方面进行详细的介绍分析。

关键词 高层房屋 短肢剪力墙 结构设计

前言

随着经济和生活水平的提高，人们对住宅的空间结构和平面布局的要求也越来越高，原来的普通框架结构和剪力墙结构对建筑空间的严格界定和分隔已经不再满足人们对住宅空间的要求。从结构设计的角度去思考，住宅的平面和空间的分隔需满足刚度要求，为此，提出了短肢剪力墙结构，由于该结构布置的灵活性和可调整性，再加上其经济指标较一般剪力墙结构合理，深得建筑市场青睐，因而在高层住宅中被广泛采用。

一、短肢剪力墙结构的概况分析

（1）定义：短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙；

（2）必要条件：抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆矩小于结构总底部地震倾覆力矩的50%；

（3）短肢剪力墙结构的下限：当短肢墙较小时，如短肢墙承受的第一振型底部倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的15%～40%，则可以按普通剪力墙结构设计。下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。如果剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成短肢剪力墙结构，而应作为一般剪力墙结构处理。

（4）优势：减少了剪力墙而代之以轻质砌体，结构自重相应减轻，从而减小结构整体刚度，增大振动周期，降低地震作用力；墙肢较短，布置灵活，可调整性大，容易满足建筑平面的要求；墙肢高宽比较大，延性较好，对抗震有利；连梁跨高比较大，以受弯破坏为主，地震作用下首先在弱连梁两端出现塑性铰，能起到很好的耗能作用。

二、高层建筑短肢剪力墙的受力特点

短肢剪力墙结构是指墙肢截面高度为厚度5～8倍的剪力墙结构，剪力墙根据整体性系数 及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为3类。

(1)满足a≥10，In／I≤Z时，为整体小开口墙，它的整体性很强，墙肢不出现反弯点，变形以弯曲变形为主。

(2)满足a

(3)满足a>10，但In／I>Z时，结构的梁、柱刚度比大，整体性很强，墙肢大多出现反弯点，如按壁式框架结构来考虑。其中：

Ij=∑Iji

式中：

Ai——墙肢i的面积；

Iji——墙肢i截面的惯性矩；

ri——墙肢i的截面形心至组合截面形心的距离。

为使短肢剪力墙结构的墙肢受力性能和变形性能优于异形柱，尽量不把短肢剪力墙设计成壁式框架，考虑到短肢剪力墙小墙肢、大洞口的特点，不适合设计成整体小开口墙结构，而异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙结构设计为a<10，In／I≤z的联肢墙。

三、高层建筑短肢剪力墙的结构布置

短肢剪力墙属于剪力墙的一种，而小墙肢剪力墙的布置，通常结合窗间墙位置及房间四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”形或“十”字形墙段，沿结构平面均匀布置，尽量做到对齐、拉直，使结构的刚心和质心结合，减少其扭转。短肢剪力墙的抗侧刚度相对较小，所以，经常在楼、电梯周围布置普通剪力墙，形成简体和短肢剪力墙共同抵抗侧力，在抗震设计中，简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底部地震倾覆力矩的50%。也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置，短肢剪力墙的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘角部处的墙肢，当有扭转作用时，会加剧墙肢的变形，使角部墙肢首先开裂，所以，设计时应采取必要的措施，如减小轴压比、增大纵筋和箍筋的配筋率等，以保证结构的安全性、实用性。而对由于较大的竖向荷载和剪力使底部外围墙肢产生开裂，也应通过增加墙厚和配筋量等方法防止。

四、高层建筑短肢剪力墙设计的构造配筋要求

(1)短肢剪力墙约束边缘构件配箍特征值 宜按相同轴压比的框架柱提高一级，取轴压比小于0.3的短肢剪力墙及非加强部位的短肢剪力墙，其边缘构件的构造设置应较一般剪力墙高，宜按表1配置。

表1 短肢剪力墙构造边缘构件最小配箍特征值

抗震等级 墙轴压比

≤0.3 0.4 0.5 0.6

Ⅰ级 0.11 0.13 0.15 0.6

Ⅱ级 0.09 0.11 0.13 0.15

Ⅲ级 0.07 0.09 0.11 0.13

(2)短肢剪力墙的截面高度一般在1200～2000mm之间，其约束边缘构件长度L可统一取450mm；短肢剪力墙的边缘构件的纵向配筋除满足规范要求外，其纵向钢筋最小配筋率宜按框架柱要求设置；抗震设计时，短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。

(3)短肢剪力墙的水平及竖向分布筋，除按计算确定外，其构造最小配筋宜按表2要求

表2 短肢剪力墙分布筋要求

抗震等级 最小配筋率/% 最大间距/mm 最小直径/mm

竖筋 水平筋 竖筋 水平筋 竖筋 水平筋

Ⅰ、Ⅱ级 0.50 0.30 200 200 12 10

Ⅲ、Ⅳ级 0.40 0.25 250 250 10 8

非抗震 0.30 0.20 300 300 10 8

另外，短肢剪力墙应采用双排布筋，水平筋在外，竖向筋在内，两排筋间拉结控筋梅花形布置，间距不宜大于400mmx400mm，每根竖筋均有拉筋连结。

五、短肢剪力墙结构设计中应注意的几个问题

(1)短肢墙的布置应均匀、分散、对称、周边。均匀、分散要求各墙肢刚度相差不大，否则将造成局部墙肢受力集中；对称要求质心和刚心尽量接近或重合，避免和减少结构地震作用下的扭转效应；墙肢周边布置可增大结构的外围刚度，以减小结构的扭转周期。

(2)墙肢截面宜规则、简单、刚度不宜过大，应以“T”、“L”“十”形为主，以增大短肢墙抗扭和出平面外稳定。应避免”一”字形墙肢的出现，且不宜布置单侧楼面梁与之平面外垂直或斜交。

(3)较一般剪力墙，短肢剪力墙抗侧刚度较小，在高层建筑中宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免抗震设防烈度下产生较大的变形。同时，简体和一般剪力墙承受的第一振型底部倾覆力矩不宜小于结构总底部倾覆力矩的50%，形成两道抗震设防。为了保证水平力可靠传递，核心区楼板宜适当加厚。

(4)高层结构中连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，连接各墙肢的梁已类似于一般的框架梁，因此，不应在计算的总信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁的要求进行设计，控制混凝土受压区高度，按强剪弱弯、强柱弱梁的要求进行设计。

(5)角部剪力墙上开设转角窗，洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，并应采取有效的加强措施：如洞口宽度不宜过大，连梁高度不宜过小，沿墙肢全高设置约束边缘构件，加强转角梁的配筋等。

(6)要充分利用梁、墙等构件可任意偏心布置的特点，尽可能避免近距离的轴线和节点，以提高计算精度，同时，也便于施工。

六、结束语

短肢剪力墙结构并没有被划分为一种单独的结构类型，而是剪力墙结构一种特殊结构形式的分支。由于该结构体系墙肢布置的灵活性和可调整性，使得其各项经济指标都较一般剪力墙结构理想。在设计高层建筑的短肢剪力墙时，应充分考虑建筑的结构的受力特点，在进行合理的结构布置，在应用各种先进的结构设计理念对建筑设计中的各个细节进行优化设计。同时在结构设计时应加入抗震结构设计的意识，来保证整个建筑的抗震能力。使整个结构具有必要的承载能力、刚度。

参考文献

[1] 包世华。新编高层建筑结构．北京：中国水利水电出版社，2005

[2] 徐培福等．复杂高层建筑结构设计．北京：中国建筑工业出版社．2005．

[2] 邝超民．短肢剪力墙结构分析与设计[J]．广东建材，2008(2)：81～82．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。