小高层建筑中短肢剪力墙结构设计

李莘莘

（广西恒广建筑工程有限公司，广西 南宁 532200））

1 概述

这些年人们对于居住在小高层和多层建筑内的环境提出了要求，对于内部空间有了更高的人性化的要求，对于原来外露梁柱的现象已经不能接受，这时候提出了短肢剪力墙并迅速普及，这种结构弥补了一般剪力墙的缺陷。是前者的发展和进步因素，对于建筑问题，有利于更加合理和严密的布置。住宅建筑具有的特点是水平总高度较低，内部空间较小，进深不大等，对此，能够有效减轻结构重量，有利于推广普及，从施工方和居住方来说都是福音。本文结合两份文件，对于这项工艺的布置安排提出了合理的建议和看法，文件中有关于地震抗击以及结构规范。

2 结构体系的优点

2.1 满足建筑功能的需要

2.1.1 墙肢的厚度和长短应当得到有效控制，有利于将各个性能之间相互协调。

2.1.2 材料向着轻盈、弱重力的方向发展，此墙体也应当具备相同的要求。

2.1.3 尽管墙肢加大了操作应对的困难程度，但是可利用的空间变大。

2.2 满足结构设计的需要

2.2.1 对于小高层建筑来讲，抗震墙工艺具有便于力学计算的优点，但是从美观性上来说却不占优势，梁体和柱子都露在外面，使用起来也不方便。有时候在平面复杂的状态下系统也不大合理，并不容易被计算，而短肢剪力系统则可以杜绝这些缺陷，其内部结构都不必露在外面，在感官上实际用途上都较为省心。结构也较随意。墙的肢长是根据实际情况来确定的，肢长上和数量上较为随意。经过不同的规划布置后能够带来不同的效果。

2.2.2 在小高层住宅中，与常用的剪力墙体系相比，短肢剪力墙体系具有如下优点：

将墙肢所具有的承重能力利用进来。而通常对于墙体长宽比较大者必须另外使用钢筋加固避免弯曲和折断，减少结构的本身重量，也从而能够带来花费的降低。在地基承载不足的地方更有较强的实用性。抗震性能较好，在抗震使用中有较强优势。

大部分墙肢的形状较有延展性，对于晃动和剪力等能够较好的适应。在刚度与韧度之间能够较好的把握。从而在摇晃发生的时候能够自身进行调节，连梁的延展性能够补充墙体本身的延展性。

3 结构布置中需注意的问题

短肢剪力墙结构对于抗击地震方面并不具有优势，所以，对于其所承受的薄弱点更应当注意，通过加强薄弱点的抗震性能，达到提升其可用性的目的。

3.1 墙体的布置上讲求对称和均匀，来调和各种力的平衡

剪力墙的布置最大程度达到上下一致的效果，减少洞口的不对正问题，与连梁之间相互配合，带来跨数较多的抗侧力效果。

3.2 墙体的横向与竖向问题应当得到相互配合，将两个方向的力综合使用，以美观和实用作为墙体布置的前提，并将短肢剪力墙的位置和计算方法了解于心，熟记，形成合格合理的剪力墙布置。

3.3 短肢剪力墙也应当遵循柱子硬度大而梁体弯曲程度高的特点，这就是说应当在材料的选择上选用强度较高的混凝土，并利用钢筋配入的方式增加其抗弯能力，连梁的高度不应太大，对抗震有好处，也使得计算时更加方便。

3.4 B级高度高层建筑及9度抗震设计的A级高度高层建筑，不能采用短肢剪力墙结构。

3.5 在极限高度的取值上应当留有一定的余地，使其面对较大的稳定性问题的时候能够有缓冲，避免超过临界值。从而量变带来质变。

4 结构计算模型和软件

短肢剪力墙工艺适应了建筑发展的新的需求方向，是剪力墙的一个新发展，它的计算方法应当与一般的剪力墙结构有相似之处。粱和柱均采用空间杆单元，剪力墙单元模型。目前计算上可采用的三维空间分析软件有开口薄壁计算模型，空间膜元，板壳单元模型以及墙组元模型。楼板的形式计算为弹性和无限两种模式。

目前短肢剪力墙结构广泛采用中国建筑科学研究院PKPM-CADI程部的两个计算软件，TAT(多层及高层建筑结构三维分析与计算软件)和SATWE(高层建筑结构空间有限及分析与设计软件)。TAT用来计算一些结构体系较为规整的高层建筑物，其计算模型视墙为薄壁杆件；SATWE用来计算一些结构体系复杂、规模大的高层或超高层建筑物，是基于壳元理论的考虑空间组合作用的有限元分析方法，减少模型化误差，精度高。SATWE是较实用的板壳单元模型，其特点是用每一节点六个自由度的壳无来模拟剪力墙单元。在刚度问题上应当考虑外部和内部两种方面，楼板较为随意，可以从弹性来计算也可以按刚度来判断，这种模型与实际情况较为相似。设计的时候应当考虑实际所具备的情况来选择较有针对性的计算形式。

5 总体计算中总信息的输入

5.1 对振型数量的要求

新《高规》第10章将带转换层的短肢剪力墙结构列为复杂高层建筑。第5.L.13条规定了计算地震作用时的最小振型数。实际上最根本的要求是要保证振型参与质量达到总质量的90%以上。振型数最好是3的倍数。振型数的大小与结构层数及结构形式有关，当结构层数较多或结构刚度突变较大时，振型数也应取大此。尤其对于高位转换，由于转换层的质量远大于其他楼层，导致不同振型时地震作用在转换层处突然增大，尤以转换层位置在振型曲线振幅最大处或附近时更为显著，因而转换层在较高位置时，高振型的影响可能明显增大，建议在计算分析时，取较多振型。

参考取值：带转换层的高层建筑：振型数取30；多塔楼结构：振型数nx9(n为塔楼数)。

5.2 连梁的刚度折减

连梁在使用中是耗能的。剪切伤害会导致结构的延展性也受到损害，不利于面对大的晃动情况，设计的时候应当准确计算应当具备的强度和弯度比。一些高度较大的建筑是可以在刚度上有所缓和的，程序中通过连梁刚度折减系数来反映开裂后的连梁刚度。但应注意短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对较小，连接各墙肢的梁已类似普通框架粱，而不同于一般剪力墙问的连梁，不应在计算的总体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，控制混凝上压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%、80%来解决。

5.3 短肢剪力墙的抗震构造

抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比高规第48.2条规定的剪力墙抗震等级提高一级；抗震设计时，底部加强层应按高规第7.2.10条调整剪力设计值，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2；短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm；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%：新“抗震规范”出现了约束边缘构件这个概念，对抗震等级为二级及以上的短肢剪力墙，由于墙肢长度较短，约束边缘构件沿墙肢两个方向近于整段墙肢，为了加强墒肢抗震性能，可以把整段墙肢作为约束边缘构件考虑。

[1]祁瑞.剪力墙设计的几个问题[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2012（2）.

[2]曾霖羽.小高层建筑中剪力墙设计[J].中国高新技术企业，2009（11）.