框支短肢剪力墙结构的受力与结构分析

赵闯 郭东亮

摘 要：所谓的框支短肢剪力墙结构是由框支剪力墙结构与短肢剪力墙结构组合而成的。框支短肢剪力墙的受力情况明显区别于以往的框支剪力墙，这是因为短肢剪力墙在其中起了作用。在本文中，我们主要对框支短肢剪力墙结构的受力情况以及结构特点进行了分析，主要提出并解决了以下三个问题：计算层剪切刚度比方法、内力在框支柱和框支梁间的作用情况、剪力在楼层间的分配方法等。

关键词：框支；短肢；剪力墙；结构分析

中图分类号：TU398.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0290-02

1 框支短肢剪力墙结构的特点和研究现状

1.1 短肢剪力墙结构特点

如果仅仅是指短肢剪力墙，那么其还是可以被划分在剪力墙结构中的，虽然它的肢长是非常短的（通常情况下在2m左右或更短），但是相对于肢长不大于四倍墙体厚度的异形柱，短肢剪力墙拥有其不可比拟的优势。短肢剪力墙不仅仅有着更为科学合理的受力情况，而且其截面的形式也比较丰富，一般情况下是L形、Z形、J形、T形，有时候也可能有+形或者一形。此外在结构方面，也可以进行更加灵活设置，可调整性非常强，在墙数量的设置上可以多也可以少，墙肢的长度范围也比较大，所以其整层剪切中心可以随着调整进行更正，故而对其进行规划的时候更加简单。

从抗侧性能方面来看，短肢剪力墙的性能在框架和普通剪力墙中间，它拥有着弯曲型的位移曲线，不过比普通剪力墙曲率要小。因为其抗侧方面的特点，导致楼层剪力的核心受力结构不是核心筒，而是平均分布在墙体中，故而短肢剪力墙与框架在受力性能方面有着非常大的区别。

1.2 框支短肢剪力墙结构特点

框支短肢剪力墙结构是根据以往对框支剪力墙的命名规范进行命名的，不过在结构方面来看，其自身的特点还是非常明显的，主要体现在下面几个地方：

（1）在支承形式方面，剪力墙一般都会同时拥有“框支”与“梁抬”两种形式。因为墙肢的长度较短，数量较多，所以出现框支柱与一部分墙肢无法接触的情况就成为了必然，而这种在梁上进行直接支撑的形式，我们在工程上称之为“抬梁”，由此看出，框支梁的设计在布置剪力墙中是尤为重要的。

（2）在使用转换结构的时候，我们一般会选择深梁转换。这是因为短肢剪力墙拥有着多种截面形式，在大部分情况下都会发生主次梁一起支承上部墙肢，在小部分情况下还可能发生次梁支承传递给主梁，其传力体系是非常复杂的。

（3）由于在框支剪力墙结构当中，其刚度在转换层之间会出现较大的变化，所以其可以称之为剪力墙的薄弱环节。因为框支短肢剪力墙结构拥有着墙肢较短的特点，所以其在一般情况下跟下层框支柱截面差别较小，所以如果可以在进行设计的过程中，对其进行重视并调整，将可以有效的防止突变情况的发生。

2 转换层上下的刚度变化

2.1 现有剪切刚度比计算公式的缺陷

由于在传统框支剪力墙结构当中，刚度在转换层之间的差异较大，即：下层剪力墙刚度相比上层剪力墙刚度方面是非常小的，所以在转换层间发生刚度突变的概率是非常大的。当发生地震时，由于应力容易集中在刚度突变区域，又因为底层刚度不够易变形，可是框支架抵抗变形的能力又比较弱，这将导致建筑物在抗震方面的能力下降。

而为了使这个问题得到有效的解决，一般情况下都会对结构布置进行科学合理的调整，除了对上下层剪切刚度比进行减小之外，还会对墙与柱之间的界定进行放宽，同时对墙的定义也应该扩展至尚宽比大于3的柱体。根据有关规定的调整，在落地剪力墙数量方面，取消了对其数量必须大于总剪力墙数量50%的规定，不过对于计算剪切刚度比的公式并没有进行调整。而在短肢剪力墙的建设中，由于其自身布置较为灵活，有着很多的变化，所以对其调整系数进行确定也是非常困难的。

2.2 直接采用楼层侧向刚度比控制

因为建筑物的质量大部分在楼层处集中，所以在一般情况下，我们可以在对整个结构进行动力分析的时候，将其模拟为一连串竖向质点的水平振动。楼层抗侧刚度的比值一般情况下会用剪切刚度比进行表达的原因是为了能够方便工程的验算。而在实际中，其楼层的抗侧刚度在方向上是有所不同的，应该对其进行分开分析。由此可以得知，就算把剪切刚度比计算方法用在大空间框支结构中也是不准确的。在进行计算楼层侧向刚度的时候是非常复杂的，需要对剪切、弯曲、轴向变形进行综合考虑。

3 单片框支剪力墙的工作方式

框支剪力墙的受力方面是比较复杂的，下部支承框架上部墙体中外荷载产生的内力有着完全不同的分布情况。如果想要准确的算出应力，就需要对其共同的作用情况进行分析。在竖向荷载作用下的工作特点主要为下文所述：

竖向荷载对框支剪力墙进行作用后，在与框支梁有着较远距离的上部墙体中，竖向应力不会因底部框架而改变其分布规律，若荷载对其进行均匀作用，则竖向应力也会分布均匀，而在稍微下方一点的位置的竖向应力会集中在框支柱上方。

随着框支柱的截面高度增大，托梁的刚度增大，那么竖向应力的集中度将会下降，在分布上会越加均匀，在常用尺寸下，分布在边柱的竖向应力比平均应力大4～6倍。

在柱的上方，单跨框架梁的弯矩是非常小的，其分布大致于简支梁相同。因为上方墙体与框架梁是一起进行工作的，它们会结合成如倒T形的深梁，而其受拉翼缘就是框支梁。故而框架梁将会承担轴向拉力，而拉力值能够达到（0.15～0.20）qL。框支梁区别于普通的框架梁，框架梁在一般情况下都是受弯构件，并没有一点轴力，所以在相同豎向荷载作用下，会有较大的弯矩；而作为拉弯构件的框支梁，有着较小的弯矩，不过它还有轴向拉力，在托梁的端部有着其最大的剪力，其中单跨框支梁的端部大概有0.25qL的剪力。

4 楼层剪力在墙柱间的分配

不把扭转影响作为影响因素的情况下，同层各构件的水平位移大体上是相同的，因为高层建筑中的楼板在平面中具有很强的刚度。分配剪力墙结构中各片墙的水平力主要是根据它的等效刚度，而对框架结构中各片框架的水平力进行分配时主要根据它的抗侧刚度D。对于平面框架的空间结构来说，还要把框架平面外相连梁以及楼板对框架侧移的约束力考虑进去。

柱自身的线刚度和截面抗剪强度并不是决定柱的抗侧刚度的唯一因素，而柱周围的相连梁的刚度对柱的抗侧刚度也有一定的影响。工程当中，在墙和柱之间的楼层剪力进行分配时通常认为是根据它的截面抗剪强度，柱基本上核心简承担了主要的楼层剪力，因为柱的截面抗剪强度要比墙小的多。正如上面所提及的一样，框支剪力墙结构的转换层框支梁具有很大的截面高度。

如上文所述，框支剪力墙结构的转换层框支梁截面高度较大，所以，并不是核心筒主要承担着楼层剪力，而梁在增加柱抗侧刚度方面也有非常重要的作用。由于框支短肢剪力墙结构具有较多的墙肢，且这些墙肢的分布不规律，不集中，所以导致相应的需要更多的框支梁，而且會有更大的截面高度，就会更加突出这一现象，这时，总剪切力的30%甚至大于40%的剪力会由框架柱承担。所以，在转换层用不用平面刚性假定都上述结论都是可不影响该结论的成功建立，因为组集构件刚度矩阵的方法是一样的。

现在，框支短肢剪力墙结构的转换层通常设置在二、三层，有的还运用2/3总高度处的高位转换层，而不是将其设置在底层。框架梁高度以及柱抗侧刚度都比转换层框支梁小很多的框剪结构通常设置在转换层以下。这时，水平剪力和扭矩就会沿转换层框架柱传递下来，并且会在相邻层墙柱间形成再一次分配，最后集中于核心筒。此时，转换层的框架的内力尤其会对与其紧邻的下一层形成一定的扩散影响作用，因为这时底层框架柱所承担的剪力已不到总剪力的10%。同时，由于框架梁刚度的降低提高了楼板对柱的抗侧刚度，楼板进一步分配了水平剪力。在对结构进行设计时，也要根据情况适当增加和转换相邻层的楼板的厚度，再对其平面内内力与变形进行计算。然后依照弹性楼板进行假定。

5 结束语

针对该结构和传统框支剪力墙在以上三方面的不同，重点从短肢剪力墙在框支梁上支承方式的变化对框支梁、框支柱中内力分布的影响进行了论述，点明这一结构形式和普通框支剪力墙存在着根本的不同，并从理论上对不同之处形成原因及可能造成的问题进行了分析。

参考文献

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收稿日期：2018-3-10