1、論小高層住宅短肢剪力墻結構設計及應用    摘要：隨著我國城市化發展進程的加快，城市中高層、小高層住宅數量也隨之增加。而短肢剪力墻結構屬于一種安全度相對較高的墻體結構，并且這一結構的施工費用相對其他結構較低，同時具有較為靈活的空間布置條件，在小高層住宅建筑中的應用日益廣泛。筆者主要對小高層建筑中短肢剪力墻結構的設計要點和應用中的注意事項進行總結，為同類應用提供參考。 關鍵詞：小高層住宅；短肢剪力墻；設計要點；應用 短肢剪力墻最大的優點是建筑的結構布置限制小，在施工方案設計中，能夠更加自由的調節結構受力，在第成本投入條件下，提升建筑內部空間自由度，在小高層

2、住宅建筑中，這一優勢更為明顯。 1.短肢剪力墻結構基礎及特點 1.1短肢剪力墻結構 短肢剪力墻結構可以說是國內首創的一種建筑結構技術，最早出現在我國東南沿海城市，該結構技術應用之初主要集中在城市高層建筑中，用于解決房屋內部結構擁擠的問題。較早的應用中通常采用建筑內部中央位置不舍交通中心筒，使住宅單元圍繞中心筒布置，這樣單個住宅的結構設計能夠更加自由，在合理的布局下可以實現更為良好的通風采光，而且在特定建筑面積下，所實現的實際可用格局空間較大，從而曲線降低建筑成本（單位面積的使用率提升，房屋銷售收入增加）。 短肢剪力墻是一種聯肢墻，也有學者認為這一定義方式不夠嚴謹，聯肢墻概念在短肢剪力墻的特定結

3、構下才符合，但不完全符合。它是由異形框架柱發展而來，主要用于小高層和多層住宅，所以墻厚一般為200mm或不小于200mm；此外，為了經濟性的要求，墻肢的高度應盡可能的小，故稱為“短肢”。短肢剪力墻在應用中尤其特定條件和要求：短肢剪力墻結構的必要條件，抗震設計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的 50%。短肢剪力墻結構的下限，當短肢墻較少時，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的 15%-40%，則可以按普通剪力墻結構設計。下限規范沒有規定，用戶可以靈活掌握。 1.2短肢剪力墻結構特點 高層建筑結構中除了目前流行的短肢剪力墻結構外，框

4、架結構和異形柱結構也是相對常見的。框架剪力墻結構可以有效解決框架結構承震能力差的問題，但是剪力墻和框架的同時存在使得空間分布的自由度大幅降低。異形柱結構對于適用高度范圍有一定的限制，而短肢剪力墻相對其表現更好，有更高的適用高度。 將剪力墻結構作為平面問題（或者空間問題），采用網格劃分為矩形或者三角形單元，取結點位移為基本未知量，建立各結點的平衡方程，用計算機求解，采用有限單元法對于任意形狀尺寸的開孔及任意荷載或墻厚變化都能求解，精確度較高。 模型取樓層高度為3.0m，樓層數為10層，連梁截面高度為500mm，洞口寬度為2200mm，墻體截面厚度為200mm，混凝土強度等級為C30。A組試件為一

5、字型截面，截面肋高為lwh = nh，n取5，7，8，10，13。對A組各試件采用兩種加載模式，第一種是在各樓層處施加相同水平力，以此考慮聯肢墻在均布水平荷載下的力學特性；第二種為各樓層施加荷載大小按樓層遞增的水平力，以模擬墻體承受倒三角形水平荷載。各試件的截面參數及肢強系數和整體性系數。 在一般的有限元程序中，當一個殼單元的角點位于另一個殼單元的邊上時，這兩個殼單元之間在這個角度上就不存在連接，剖分后節點不匹配的情況，而在ETABS中，提供了自動線約束功能，可以確保位于殼單元邊上的單元與改殼單元相連，進而通過對殼單元周邊上的點進行約束，使之與該邊一起移動，從而確保位移協調。通過模擬測試，得出

6、以下結果： 由上圖可以看出，短肢剪力墻的受力特性與一般的聯肢剪力墻的基本上是一致的，在水平荷載下短肢剪力墻的整體側移曲線屬于彎剪型，側移曲線存在反彎點。反彎點的相對高度只與整體性系數、肢強系數有關，而與墻高無關。因此短肢盈利強無論在整體性還是抗震性上都存在自身優勢。 2.短肢剪力墻結構設計原則 2.1結構設計原則 第一，剪力墻設計應遵循均勻、對稱、分散的基本要求。一般剪力墻在設計是，抗側剛度的要求對于每一片剪力墻應當是平均的，不能出現某個或數個剪力墻與其他剪力墻受力差異過大，這就不符合短肢剪力墻靈活性的基本要求。 第二，小高層建筑中，剪力墻不應是唯一結構，在建筑高度條件變化時，應依據剪力墻數量

7、，判斷是否需要筒體與剪力墻共同受力。 第三，一般情況下，短肢剪力墻的分布點應當是豎向載荷較大的成立點，而且墻體的數量和長度應當依據實際受力情況來確定。 第四，短肢剪力墻在應對側力時應盡量與梁結構結合，在外凸部分，平面外邊緣和角點處，容易產生大的應力集中，應設短肢墻以滿足平面剛性和抗扭的要求。 第五，在一般性小高層建筑中常采用普通樓板，這一條件下，短肢剪力墻的間距應設定上限，防止樓邊過度變形。 2.2配筋構造設計 短肢剪力墻結構的截面設計及構造措施，應遵循高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）和筑抗震設計規范GB50011-2001）中有關章節的規定進行設計。 3.短肢剪力墻設計中的常

8、見問題及規避方法 第一，軸壓比控制。軸壓比指柱（墻）的軸壓力設計值與柱（墻）的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比值，在國內應用減就中發現，剪力墻的延性手承受壓彎作用大小影響，因此在實際過程中需要嚴格控制軸壓比。軸壓比過大不僅會造成偏壓過高，還會造成短肢墻邊緣混凝土受壓應力增加，導致混凝土性變的可能性性增加。 第二，保證結構設計精度。短肢強結構由于設計的自由度增加，也導致了結構動力特征和受力作用分析無法保證高精度的問題，目前國內在同類設計中一般采用三維計算方法來保證計算精度，一般容易出現精度差的結構主要為豎向構件和薄壁桿組合模型。同時，在設計時，要注意在計算過程中保證與剪力墻接連的內倆

9、計算精度。國家標準要求剪力墻開動形成的跨高比小于5的連梁應按連梁進行設計，這一點在目前各類設計中較少被重視，但這一因素容易導致墻梁抗震能力不足，筆者建議在進行實際抗震分析時，不對梁剛度進行折減，這雖然會增加建設要求，但能夠更好的滿足安全要求。 第三，短肢剪力墻界面結構優選。筆者通過對不同案例和文獻資料的整理發現，短肢墻界面結構最有的形制主要為L、T、十字形等，一般不建議采用一字形，同時要求同一構件各方向墻肢的厚度應盡可能相等，墻厚應嚴格按現行規定，墻厚最好不小于200mm，以利于保證墻、梁的有效斷。對于小高層建筑應用來說，單個短肢剪力墻設計應有上限，一般城市小高層建筑結構中短肢剪力墻結構體系住戶數量上限為8戶，采用環抱結構，并需要保證結構對稱，建議建筑層數上限不超過30層。如果是小面積住宅，一般采用每層3-4戶，三邊-四邊圍繞筒體的對稱設計，建議建筑層數上限不超過20層。 參考文獻： 1趙建永.異形柱與短肢剪力墻結構設計中的幾個問題J.中國新技術新產品.2009（11） 2陽科.高