对某住宅建筑短肢剪力墙结构设计的分析

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摘 要：随着我国社会经济和科技的不断发展，人们对于住宅建筑空间和结构提出了新要求，有时希望避免出现外露梁柱的现象，这时候短肢剪力墙应运而生，这种结构弥补了一般剪力墙的缺陷，在建筑工程中得到广泛应用。笔者结合自身工作经验，就短肢剪力墙结构设计的难点要点作出分析，仅供同行参考。

关键词：建筑结构；结构设计；计算分析；实践与体会

引言

短肢剪力墙结构因其建筑功能、结构体系等多方面的优越性，在高层建筑中得到了较为广泛的应用。短肢剪力墙结构是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙结构。和一般剪力墙相比，短肢剪力墙结构型式的优点有以下几点：1.墙肢较短，布置灵活，可调整性大，容易满足建筑平面的要求。2.墙肢高宽比较大，延性较好，对抗震有利。3.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。4.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。5.墙肢的承载力得到了较充分的发挥。但目前短肢剪力墙结构的设计原则、计算方法等方面的规定尚不够细致。因此，在对高层建筑短肢剪力墙结构进行设计时，应着眼于建筑内外部空间的剪力墙系统实际状况，确定科学合理的优化设计方案就显得十分必要。

一、工程实例分析

某住宅建筑项目为地上18层，高度56.0m，建筑面积26349，抗震设防烈度为7度。设计基本地震加速度为0.15g，建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限50年。原结构方案布置了太多的剪力墙，且剪力墙布置较密以及较长，造成结构刚度过大且不均匀，重量增加，导致地震反应增强，并使上部结构和基础工程造价提高。根据以往工程经验，在高层剪力墙住宅建筑标准层单位面积含钢量中，剪力墙墙身约占40%～60%。因此，有必要在保证结构具有足够刚度的前提下，通过减少剪力墙的数量和长度、合理布置剪力墙以及减少边缘构件等措施以达到结构优化、降低工程成本的目的。

二、短肢剪力墙结构优化设计措施分析

2.1 加强压轴比的控制调节

通过实测研究后可以发现：当墙体受力系统处于大偏压状态下，如果此时轴压比增大，砼受压区的边缘应力相应升高。那么当砼体没有遭受约束力或者约束力未达到标额之时，砼体将会先达到极限压应变比值，从而出现竖向的无规则裂缝，甚至会由于受力过大而造成压碎，最终严重削弱构件系统的承载能力。

2.2 抗震设计的优化

在实际的短肢剪力墙结构设计与施工中，由于短肢剪力墙结构自身的独特属性，相对于普通剪力墙结构而言，其抗侧刚度还有待借助外部器材进行加压，以提升其抗震刚度。所以在进行短肢剪力墙的基本架构设计之时，我们需要合理地布置长墙的数量，同时需要灵活利用电梯、楼梯间所形成的刚度相对较大的内筒系统，从而以避免在受力作用过大之时导致的墙体结构严重拉伸形变，同时通过对内筒系统的有机利用，也有效地构筑了两道天然的抗震设防。

2.3 规范墙肢内梁架设，灵活实施连梁构建

在进行高层住宅区的短肢剪力墙结构的实际设计时，我们可以通过适当合理地减小墙肢的刚度来进行内梁、连梁的设计架设。而需要注意的是，连接各墙肢间的梁体的刚度应当固定保持。这样一来，就可以从整体上保证梁体截面的设计既符合规定要求，又保证基本的安全稳定。为了保障连梁剪切的完整性，免于其被弯曲破坏，我们应当避免采用窗下墙作为连梁，这种窗体高度较大，极容易形成刚度偏大的剪切块体，这样就增大了短肢墙体抗震的系数难度，也不利于结构的集约设计。

三、结构计算结果分析

通过优化设计方案后，本工程采用结构三维设计与分析软件SATWE对拟建结构进行整体分析。

3.1自振周期的控制

计算时自振周期折减系数取0.5，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比不应大于0.9。从本工程的扭转耦联时的计算结果查得：优化方案结构扭转为主的第一自振周期T =0.8143s，平动为主的第一自转周期T =2.0836s，T /T =0.3908

3.2轴压比控制

为控制地震力作用下结构的延性，JGJ3―2010《高层建筑混凝土结构技术规程》和GB50011―2010《建筑抗震设计规范》对短肢剪力墙均有轴压比的计算要求。本工程结构设计方案优化后轴压比为0.59，小于规范规定值，即符合要求。

3.3剪重比、刚重比控制

剪重比是反映结构承受地震作用的指标之一。因短肢剪力墙自身抗震能力较差，如分配的地震力较大，则有可能不满足要求。刚重比是影响重力二阶（p-Δ）效应的主要参数，高层建筑在风荷载或水平地震力的作用下，若重力二阶效应过大则会引起结构失稳。由下表1可见，结构优化设计后的剪重比、刚重比，均满足高规 要求。

3.4层间位移。计算时不扣除整体弯曲变形，不考虑偶然偏心的影响，X方向地震力作用下的楼层最大位移：1/1273

四、短肢剪力墙结构设计的实践与体会

在设计短肢剪力墙时，不可避免地存在一些薄弱部位，对于这些薄弱部位应该采取相应的加强措施。在设计过程中还应注意以下几点：

在进行抗震设计的过程中，为了使短肢剪力墙具有良好的延性，抗震等级不再提高，但是一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，分别不宜大于0.45、0.50、0.55。当短肢剪力墙呈一字型时，因为其没有翼缘或缺乏端柱，其延性是相对较差的，因此，其轴压比限值应相应减少0.1。

为了延长短肢剪力墙的使用寿命，应该对剪力设计值进行调整。其中底部加强部位按高规 7.2.6条调整，其他各层一、二、三级时剪力设计值应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1。

短肢剪力墙截面小，壁薄，平面外稳定性差，故宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一字形”墙肢，否则应采取加大配筋、减小轴压比、设置端柱等加强措施。

连梁在使用中是耗能的。设计的时候需要准确计算其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。

值得注意的是，B级高度高层建筑及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。

参考文献

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].

[3]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）.