短肢剪力墙设计的一些问题

摘  要  本文介绍了短肢剪力墙的特点和设计中需要注意的问题。
关键词  高层建筑  短肢剪力墙  构造措施  倾覆弯矩

短肢剪力墙仍属于剪力墙结构体系，只不过是采用较短的剪力墙肢(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)，而且通常采用T形、L形、]形、十形等。当这些墙肢截面高度与墙厚之,,,比小于等于3时，它已接近于柱的形式，但并非是方柱，因此称之为“异形柱”。另外，所谓”筒体”就是以楼电梯间所组成的钢筋混凝土核心筒;所谓“一般剪力墙”就是指墙肢截面高度与墙厚之比大于8的剪力墙。
1 短肢剪力墙特点
短肢剪力墙结构能较好地结合建筑平面，剪力墙肢的长短，均可通过抗侧力计算的需要来确定，还可通过尺寸及位置的布置来调整建筑的刚度及刚度中心位置，使结构布局更灵活合理，而筒体（或一般剪力墙）的位置常设在楼电梯间，容易满足建筑的使用要求。由于短肢剪力墙减少了剪力墙的数量，以轻质填充墙代替原来的部分剪力墙，使房屋的总重量减轻，适当降低了结构的刚度，使地震作用减小，这对基础及构件设计是有利的。这对结构是有利的一方面，在工程造价、施工进度等方面也体现了一定的优势。但是同时由于短肢剪力墙抗震性能差，在地震区应用经验不多；且短肢剪力墙构造要求比较严格，有时并不经济，设计时需要特别注意。
2 短肢剪力墙结构和含少量短肢剪力墙的剪力墙结构
设计中必须区分短肢剪力墙结构和含少量短肢剪力墙的剪力墙结构。前者是指含剪力墙较多的结构，而后者指包含短肢剪力墙较少的剪力墙结构。至于二者的定量区分，目前相关规范并未明确指出，笔者认为若短肢墙部分承担的地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的比例大于20%，则应将结构体系设定为短肢剪力墙结构体系。高规对于短肢剪力墙结构体系的计算和构造给予了明确规定，包括适用高度、截面最小宽度、内力调整、抗震等级、轴压比和最小配筋率以及短肢剪力墙的数量（短肢墙部分承担的地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的比例小于50%）；但对剪力墙中少数短肢剪力墙的计算和构造并未提出明确要求，建议设计者适当提高构造措施（但不必满足短肢剪力墙结构的要求）。
3 短肢剪力墙结构体系体系需要注意的问题
（1）抗震设计高层建筑中，剪力墙不宜过少，墙肢不宜过短，应设计为剪力墙筒体(或一般剪力墙)，形成短肢剪力墙与筒体(一般剪力墙)共同抵抗水平力的结构，且剪力墙筒体(或长墙)的布置应考虑刚度的均衡性，不要集中在一处布置使建筑产生过大的扭转效应，同时筒体要有足够的刚度，其平面尺寸不宜过小，要使筒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总底部地震倾覆力矩的50%，形成多道抗震防线。为了确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计，短肢墙之间的梁净跨不宜过小（一般取4~6m），使其具有一定的耗能作用。
（2）短肢墙的布置合理、对称、均匀、力求质量中心与刚度中心重合，短肢墙布置应以T形、L形、]形、十形为主，这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定，各短肢墙应尽量对齐、拉直，使之与连梁一起构成较规则且连续均匀的抗侧力片，且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接。短肢墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可以通过不同尺寸和布置调整刚度和刚度中心位置。
（3）短肢剪力墙-筒体（或一般剪力墙）结构体系，电算分析力学模型建议采用高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE，短肢剪力墙结构体系考虑，各部位宜取两种力学模型分析结果的不利工况，短肢墙之间的梁应根据跨高比的不同分别按连梁、框架梁计算内力和配筋，（既一般情况下当短剪力墙洞口形成的跨高比小于5的连梁，应按连梁进行设计;当跨高比不小于5时，宜按框架梁进行设计），短肢墙仍属于剪力墙的范畴，配筋可采用一般剪力墙的计算方法，但是对于长宽比小于3的短肢墙则必须按柱的方法进行设计。注意整体计算需考虑填充墙对建筑基本自振周期影响，折减系数可取0.8~0.9。
（4）短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，因此应加强其抗震构造措施，如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。
（5）短肢墙受力以承担竖向荷载为主，承担水平荷载为辅，其截面尺寸要适当，墙肢截面高度与厚度之比宜在5~8左右为好，且墙厚不小于200mm，当墙肢截面高度与厚度比小于等于3时，应按柱的要求进行设计，短肢墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5，0.6，0.7。对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，因其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。
（6）短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用，从构造上改善短肢剪力墙的延性。
（7）对于短肢剪力墙的剪力设计值，不仅底部加强部位应按规范调整，其他各层也要调整，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2，主要目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。
（8）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%。

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