摘要:短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是一個結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的名詞，確切的應(yīng)稱其為較多短肢的剪力墻結(jié)構(gòu)，由于其有利于住宅建筑布置，進一步減輕了結(jié)構(gòu)自重，從而降低了基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的造價，備受青睞應(yīng)用廣泛。本文筆者對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的定義及優(yōu)點進行了簡介，闡述其布置原則，介紹常用結(jié)構(gòu)分析程序的選擇，對其體系的計算結(jié)果作了分析，并作出相關(guān)探討僅供同行參考。
　　關(guān)鍵詞：短肢剪力墻；布置原則；計算分析；構(gòu)造措施
　　1短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點
　　與常用的框架——抗震墻體系相比，框架——抗震墻體系具有受力明確、計算簡單等優(yōu)點，但其柱子截面大、梁柱外露，影響美觀和使用，在平面復(fù)雜多變的情況下結(jié)構(gòu)布置體系難趨合理，結(jié)構(gòu)分析計算困難。而短肢剪力墻體系，墻肢和梁可隱蔽，結(jié)構(gòu)布置靈活，墻的數(shù)量和肢長根據(jù)抗側(cè)力的需要而定，數(shù)量可多可少，肢長可長可短，還可通過不同的尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置。
　　與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系具有如下優(yōu)點:充分利用墻肢的承載能力，避免傳統(tǒng)剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體過長而通常為構(gòu)造配筋的浪費。減輕結(jié)構(gòu)自重、降低主體結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價。結(jié)構(gòu)自振周期相對加大，彌補剪力墻體系抗側(cè)剛度大，從而地震反應(yīng)加大的缺點。主體結(jié)構(gòu)中大多數(shù)墻肢呈受彎工作狀態(tài)。從而保證墻體具有足夠的延性；同時大多數(shù)連梁的跨高比大于2.5，保證整體剛度的同時降低連梁的自身剛度，避免連梁的剪切破壞，使連梁也具有足夠的延性。以此來彌補剪力墻體系延性的不足。
　　2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的布置原則
　　2.1平面布置
　　短肢剪力墻一般用在10層～25層之間，按“高規(guī)”分類屬A級高度高層建筑。平面布置應(yīng)遵守的一般要求:宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力均勻；宜選用風(fēng)荷載作用較小的平面形狀；平面長度不應(yīng)過長，突出部分不應(yīng)過大；不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。
　　但是，短肢剪力墻亦有以下幾個特點:在結(jié)構(gòu)布置時不應(yīng)采用全部墻肢均為短肢墻的結(jié)構(gòu)方案，必須布置筒體，形成短肢剪力墻與筒體共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。全部由短肢剪力墻構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系在地震作用下，其內(nèi)力一變形曲線非常接近純框架結(jié)構(gòu)。而短肢剪力墻一筒體結(jié)構(gòu)在地震作用下，其內(nèi)力一變形曲線和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)很類似，這是因為大多數(shù)由若干短肢剪力墻一弱連梁構(gòu)成的墻片受力性能非常接近壁式框架。顯然，按純框架結(jié)構(gòu)，它的允許最大高度較短肢剪力墻一簡體結(jié)構(gòu)要低得多，而且不符合結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有多道抗震防線的抗震設(shè)防思想。所以，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)一定要有一定數(shù)量的筒體，以短肢墻間的邊梁為第一道防線，短肢墻為第二道防線，以筒體為第三道紡線，構(gòu)成一個有效的抗震設(shè)防體系。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)類似剪力墻結(jié)構(gòu)，適用于小開間的民用建筑如住宅、旅館、宿舍等，在平面布置時，應(yīng)注意使梁的凈跨度不要太大，否則，梁的配筋很多，結(jié)點鋼筋密集，對施工造成很大的困難，也不利于抗震。應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩，短肢剪力墻宜設(shè)置翼緣，不宜布置與一字形短肢剪力墻單面相交的樓面梁。
　　2.2豎向布置
　　短肢剪力墻——筒體結(jié)構(gòu)的豎向布置也應(yīng)符合A級高度高層建筑的一般要求:高層建筑的豎向體形宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應(yīng)采用豎向嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度平均值不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70％，或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80％。樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80％。抗震設(shè)計時，結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)力件宜上下連續(xù)貫通。剪力墻沿豎向宜連續(xù)分布，上到頂下到底，中間樓層不宜中斷。墻厚度沿豎向應(yīng)逐漸減薄，在改變截面厚度時不宜變化太大。厚度改變與混凝土強度等級的改變宜錯開樓層，避免結(jié)構(gòu)剛度突變。
　　3短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算分析
　　3.1設(shè)計軟件
　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算，目前應(yīng)用最多的有兩類:
　　1）以薄壁桿理論為基礎(chǔ)的軟件如TAT，TBSA；
　　2）以墻元理論為基礎(chǔ)的軟件如SATWE，SSW，TUS2000等。
　　在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的軟件進行計算，必要時，還應(yīng)進行多軟件的分析比較。在TAT，TBSA中，只需將剪力墻輸入即可，而且適合用來計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT，TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度，考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內(nèi)剛度無限大，假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高，運算速度較墻元模型的軟件快很多。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長較短，本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT，TBSA計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)也能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力，精度較高。對設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和少部分剪力墻落地，基余剪力墻采用框支。框支剪力墻是受力面向受力點過渡，由于薄壁桿件的連續(xù)處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。因此，帶有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用墻元模型軟件進行計算。目前軟件并不能做出對這個問題的判斷，這就要求設(shè)計人員獨立進行判斷。
　　判斷方法有兩種:
　　①利用軟件輸出的基本振型下的底層內(nèi)力，復(fù)核筒體和一般剪力墻的地震傾覆彎矩是否不小于50％結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩；
　　②計算結(jié)構(gòu)的剛度，判斷結(jié)構(gòu)的底層側(cè)移剛度中筒體和一般剪力墻在結(jié)構(gòu)總側(cè)移剛度中所占的比例。
　　3.2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系計算結(jié)果分析、判斷和調(diào)整采用軟件對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系計算后，應(yīng)對計算結(jié)構(gòu)進行如下分析、判斷和調(diào)整。
　　地震作用采用振型分解反應(yīng)譜法分析，目前，住宅建筑設(shè)計的平面和立面往往不規(guī)則，宜考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響，應(yīng)根據(jù)振型有效質(zhì)量系數(shù)是否大于90％來確定振型數(shù)。計算地震作用時，其第一周期對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)一般應(yīng)控制T1=0.04N～0.08N(N為結(jié)構(gòu)計算層數(shù))。
　　剪重比是反映結(jié)構(gòu)承受地震作用大小的指標(biāo)之一，地震力計算不能偏大，但也不能太小。由于短肢剪力墻本身抵抗地震的能力較差，如果短肢剪力墻分配的地震力太大，則很有可能不滿足要求。
　　軸壓比是體現(xiàn)墻肢抵抗重力荷載代表值作用下的能力。抗震設(shè)計時，各層短肢剪力墻軸壓抗震等級為一級，二級，三級時分別不宜大于0.5，0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應(yīng)降低0.1。
　　在進行短肢剪力墻結(jié)構(gòu)整體設(shè)計時，主要是對剛度要求的控制。房屋的層間位移與層高比及質(zhì)點位移與總高之比等，指標(biāo)規(guī)范中均有明確的規(guī)定。在6度區(qū)，當(dāng)位移角較小時，一般剪力墻結(jié)構(gòu)位移比可適當(dāng)放寬，短肢剪力墻部分的位移要求應(yīng)從嚴(yán)控制；同時還應(yīng)加強頂層設(shè)計，在頂層端開間內(nèi)、外墻處，應(yīng)考慮溫度作用下的變形影響，適當(dāng)加大頂層墻體的水平及豎向配筋數(shù)量。
　　計算時應(yīng)考慮小塔樓(電梯機房、屋頂水箱)的鞭梢效應(yīng)，出屋面短肢剪力墻應(yīng)相應(yīng)提高其強度和延性。
　　3.3關(guān)于構(gòu)造措施
　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的短肢墻受力以承擔(dān)豎向荷載為主，承擔(dān)水平荷載為輔。因此，當(dāng)短肢剪力墻較多時，潛在的危險有兩方面:
　　①在剪力墻筒體出現(xiàn)問題以后，很弱的短肢剪力墻沒有足夠的延性和承載力，可能隨之而破壞；
　　②短肢剪力墻本身在彈塑性階段抵抗豎向荷載的能力，如果短肢剪力墻失效，雖然結(jié)構(gòu)仍然可以依靠其他剪力墻或井筒抵抗地震作用，但是承受豎向荷載的梁板將受到嚴(yán)重威脅，有時會發(fā)生“連續(xù)倒塌”。因此，對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)較多的剪力墻結(jié)構(gòu)在進行結(jié)構(gòu)分析和截面設(shè)計時，應(yīng)采取比一般剪力墻結(jié)構(gòu)更嚴(yán)的措施：
　　應(yīng)使短肢剪力墻具有足夠的延性，抗震設(shè)計時，短肢剪力墻的抗震等級應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級提高一級。
　　為避免短肢剪力墻過早剪壞，應(yīng)按高規(guī)要求提高剪力增大系數(shù)，以提高抗剪能力，實現(xiàn)強剪弱彎的短肢墻。為提高短肢墻在豎向荷載下的承載力，應(yīng)增大縱向鋼筋的全截面配筋率，底部加強區(qū)不宜小于1.2％，其他部位不宜小于1.0％。高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，顯現(xiàn)整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力，因而對外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量，加強小墻肢的延性抗震性能。
　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，應(yīng)加強其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比、增大縱筋和箍筋的配筋率。
　　為了確保水平力可靠傳遞，核心區(qū)樓板應(yīng)適當(dāng)加厚，與核心筒相連的連梁按強剪弱彎設(shè)計時，短肢墻之間的梁凈跨不宜過小。
　　總之，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了合理的結(jié)構(gòu)體系布置和采用合適的軟件進行計算分析外，短肢剪力墻的構(gòu)造措施是結(jié)構(gòu)設(shè)計中不容忽視的重要一環(huán)。
　　
　　
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