浅谈小高层商品住宅结构设计--短肢剪力墙结构

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摘要：本文通过工程设计介绍一种适于小高层住宅建筑的短肢墙―筒体（或一般剪力墙）结构体系，简述这种体系的构成、特点、设计注意事项。 关键词：小高层住宅 短肢剪力墙

近年来随着人们对住宅，特别是小高层及多层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是经过不断的实践和改进，以剪力墙为基础，并吸取框架的优点，逐步发展而形成一种能较好适应小高层住宅建筑的结构体系，即所谓“短肢剪力墙―筒体（或一般剪力墙）”结构体系。这种新的结构由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，受到了建筑师的肯定，更得到了住户与房开商的欢迎，为此，本文对这种新的高层住宅结构型式的受力特点、结构分析及构造要求进行阐述

“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、 +形等。从广义角度讲，宜将这种结构体系称之为“短肢剪力墙―筒体（或一般剪力墙结构体系）”。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。这种结构型式的特点是：

①结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾；

②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，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置；

③能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单；

④连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽；

⑤根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求。

对于短肢剪力墙结构体系，广东地区的小高层住宅采用较多。对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，广东省建筑设计院的广厦CAD的SS模块，后者如建研院的TBSSAP、SATWE等。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间杆-墙组元程序进行校核。以下为工程计算实例，是采用建研院的TBSA计算：

工程概况：某房地产公司开发的住宅项目工程，主体结构地上13层，地下1层，建筑总面积25483m2，开发商为了建筑美观和降低成本，要求在满足安全和使用的前提下，住宅内部不允许露梁露柱，同时尽量满足底层及地下车库的停车要求。为了满足开发商的要求，设计采用了短肢剪力墙结构方案。标准层结构布置见下图：

计算结果：

1、振型方向因子和有效质量

振型方向因子(%)振型有效质量(%)

振型号周期 X平动Y平动 扭转X平动Y平动 扭转

11.134585.54 5.30 9.1654.27 3.38 6.18

21.0122 8.7287.98 3.3060.2755.85 8.30

3(*) 0.8414 6.96 6.6286.4265.2359.3052.64

40.390610.20 8.9580.8665.2460.4974.32

50.379894.89 0.05 5.0682.7860.4975.21

60.3147 1.0291.10 7.8882.7880.1277.57

70.220694.57 4.05 1.3884.9780.2178.66

80.2102 4.8786.64 8.4985.0482.5978.74

90.1947 8.6311.8279.5685.1282.6682.31

100.162386.91 0.2912.8188.1382.6782.85

110.1421 2.8466.4230.7488.1886.6583.10

120.1354 0.5623.7675.6988.1987.8083.12

130.122218.3714.9166.7388.6187.8388.35

140.108073.46 2.2024.3491.1887.8388.74

150.097124.60 5.1270.2892.2887.9889.66

160.0817 1.2190.04 8.7592.3091.6590.45

170.076776.95 0.5722.4892.9591.6590.61

180.0714 0.7397.40 1.8692.9691.7190.61

带*为第一扭转振型, T扭/T平=0.8414/1.1345=0.74

2、 X地震作用下层最大位移

层号位移(mm)层间位移(mm)

平均 最大节点号最大/平均平均最大构件号最大/平均

1 0.0290.037 681.2430.028 0.035 柱1 1.217

2 0.3450.42471.2320.310 0.388 柱1 1.253

3 0.7460.960 121.2870.405 0.559 柱1 1.382

4 1.5722.072 121.3180.818 1.113 柱1 1.361

5 2.5393.405 121.3410.972 1.338 柱1 1.376

6 3.2824.10141.2500.607 0.710 墙2 1.169

7 3.8834.84741.2480.643 0.769 墙2 1.196

8 4.4925.60011.2470.664 0.783 墙2 1.179

9 5.0846.31911.2430.658 0.755 墙2 1.148

10 5.6466.98441.2370.634 0.707 墙2 1.115

11 6.1627.57411.2290.587 0.634 墙2 1.080

12 6.6238.08041.2200.524 0.549 墙2 1.048

13 7.0268.50011.2100.455 0.468 墙241.027

14 7.3768.84411.1990.400 0.422 墙241.056

15 7.3127.71911.0560.875 0.876 墙1 1.001

16 7.6558.05211.0520.469 0.472 墙4 1.007

从计算结果数据来看，满足高规及抗震规范要求，该工程采用短肢剪力墙―筒体结构体系可行。

经过以上工程及以后类似工程的设计经验，总结出以下几项设计注意事项：

1．在设计时，首先要选则适合的计算软件，合理地选则计算分析方法，确定计算模型和相关参数，并加强对计算结果合理性判断，特别要加强概念设计。对一些不利部位应加强构造措施。

2．高层点（板）式住宅采用短肢抗震墙结构体系，只要抗侧力构件布局合理仍然是比较理想的一种结构体系，但在地震区，高层建筑中，剪力墙不宜过少，墙肢不宜过短，因此不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑，要求设置剪力墙筒体（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。

3．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、 +形为主，这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。

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，因此应加墙其抗震构造措施，如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。

5．主要抗侧力结构筒体（或长墙）一般利用楼、电梯间，但要注意刚度的均衡性，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

6．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。

7.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，主要目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性。

8.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。

9.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%，其它部位不宜小于1.0%。

10．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。并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接。

11．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。

12．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

13. 由于外墙面钢筋混凝土短墙肢之间填充墙与钢筋混凝土墙的变形模量不同，在二者交界处易产生裂缝，通常采取的措施是在做粉刷时，在二者交界面处附粘一层玻璃丝布，使应力平缓过渡。

总之，短肢剪力墙结构在广东的商品住宅较广泛应用，在设计中根据其受力的特点，充分了解其破坏的各种机理，选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，其结构才能有可靠的安全保证，才能设计出安全、经济、合理的建筑结构。

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