论短肢剪力墙的应用
关键词：短肢剪力墙,高层建筑,抗震,墙肢,轴压比
前言
对于住宅楼高层建筑，大多数都采用钢筋混凝土结构，其结构体系也是多样的。但一般特点是利用中部的竖向交通区设置较多的剪力墙，组成一个较完整或基本完整的筒体；对于外围部分，即各户的位置处则要视建筑的平面布局而定，可以布置成框架或剪力墙。但是外围采用框架或剪力墙这两种形式各有一定的优点和缺点，两者相比，剪力墙优于框架。因此，经过不断的实践及改进，以剪力墙为基础，并吸取框架的优点，逐渐发展而成一种比较适应这种高层住宅建筑的结构体系，即“短肢剪力墙”结构体系。
一、短肢剪力墙概述
短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为4-8的抗震墙，通常墙厚不小于200mm。对于25层以下的住宅结构，若将传统的剪力墙方案改为短肢墙结构，可以合理地减少墙体用量；对于结构需要的开洞剪力墙，可以增大开洞尺寸使之成为短肢墙，然后再用轻质墙体材料作为填充，可以减轻结构自重，地震作用也随之减小。这样的结构形式能使建筑取得较好的经济效果和建筑功能效果，并且有利于实现节能指标。
二、短肢剪力墙的特点及布置原则
（一）结构特点
1、结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本不与建筑使用功能发生矛盾。
2、墙的数量可多可少，肢可长可短，主要视抗侧力的需要而定．还可通过不同的尺寸和布置以调整刚度中心的位置。
3、能灵活布置，可选择的方案较多，较易处理支承楼盖的要求。
4、连接各墙的梁，亦随墙肢位置而位于间隔墙的竖平面内，基本属于隐蔽型的。
5、视建筑平面及抗侧力的需要，对中心竖向交通区可处理成筒体或同样作成短肢剪力墙。
（二）短肢剪力墙结构布置的原则
1、短肢剪力墙的数量居中，满足竖向荷载和抗侧力需要即可。
2、短肢剪力墙应尽量均匀布置，使其轴向应力不会相差悬殊，而且这样也便于支撑楼盖。
3、当有抗震要求或风力较大时，平面外边缘及角点处，特别是外凸部分应布置必要的短肢墙。
4、各短肢墙应尽量对齐、拉直，使之与连梁一起构成较规整且连续跨数较多的抗侧力片，当然，不能完全做到时也容许局部互相错开。
三、短肢剪力墙结构体系的设计要求
（一）短肢剪力墙、常规剪力墙的设计
在短肢剪力墙的设计过程中,对其布置情况应该做到科学、匀称、质量中心与刚度中心相重合,短肢剪力墙的分布情况应该按照T形、L形、Z形、十字形等情况加以设计,以保证短肢剪力墙抗扭与平面之间的稳定性达到要求。对于一些重点的抗侧力结构筒体通常使用楼梯,但必须要确保刚度在一定的均衡性内,设置不宜太集中以避免建筑出现过大的扭转效应,且筒体的刚度也要达到标准需要,对平面尺寸严格控制,确保筒体与常规剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩大于结构总底部地震倾覆力矩的50％,以建立起达到抗震要求,维持水平力的可靠传递,并对重要的区楼板增加厚度,对与核心筒连接的梁需参照强度指标设计,以维持建筑内部的结构性能。
（二）短肢剪力墙的轴力设计值和剪力设计值
短肢剪力墙的受力主要来源于竖向荷载,其次则是水平荷载,短肢剪力墙在重力荷载代表值影响下形成的轴力设计值的轴压比,抗震等级达一、二、三级后通常要分别控制在0.45、0.5、0.55。有的短肢剪力墙没有翼缘、端柱,如:一字形的短肢剪力墙,由于延性达不到要求,其轴压比限值需做出降低调整,需减小0.1,短肢剪力墙的抗震等级需尽可能提高一点,这样做的主要作用是为了在构造上对短肢剪力墙的延性加以调整。在设计短肢剪力墙的剪力过程中,除了要对底部结构进行调整外,还要顾及到其它结构层,一、二、三级抗震等级轴压比需乘以增大系数1.4、1.2和1.1,这样做的好处是为了防止短肢剪力墙受到太大的损坏。
四、短肢剪力墙抗震构造措施
根据工程实验数据可知,剪力墙结构的抗震的薄弱位置主要包括了:外边缘、墙肢、小墙肢、连梁等方面。若出现扭转效应之后,建筑平面外边缘及角点处的墙肢则会迅速断裂;受到地震冲击的影响,高层短肢剪力墙结构会出现较大的整体弯曲变形,底部周围的小墙肢由于截面面积小常常承受了过多的竖向荷载,对剪力墙结构的损坏较为严重。而短肢剪力墙结构内,其墙肢刚度不断减弱,导致连梁受剪破坏的增强。因而,设计短肢剪力墙结构时需要对结构的薄弱部位加以控制。短肢剪力墙抗震构造措施的主要目的，一是增加其自身延性；二是利用连接构件有效控制其变形。具体做法如下：
第一，严格按规范规定设置约束边缘构件及构造边缘构件并满足其钢筋的构造要求。特别是箍筋的设置及体积配筋率的要求，至于规范规定的短肢剪力墙截面纵筋配筋率，约束边缘构件一、二、三级分别不应小于1.2%、1.0%和1.0%。
第二、加强角部位置梁、板对墙肢变形的约束作用，板角面筋设置双向钢筋网且钢筋间距≤100mm；梁纵筋锚入墙肢除满足锚固长度外，面、底各两根纵筋弯至墙肢翼缘段以在墙肢处形成暗圈梁。
第三、科学计算指标。连梁在高层结构中属于耗能构件,连梁的剪切作用会降低结构的延性,给抗震作用造成不利影响。在设计过程中需要对连梁的“强剪弱弯”进行科学的计算,以维持连梁结构的性能。而连梁最好分布于各肢的平面内,且防止运用过多的一字形墙肢。
第四、要注意刚度的均衡性。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。
第五、处理好填充墙与钢筋砼变形模量的问题。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。
五、短肢剪力墙在实际应用中的优点
（一）满足建筑功能的需要
墙肢与填充墙等厚，连接各墙的梁位于隔墙竖向平面内，避免框架结构中梁柱突出墙面的问题；墙体采用轻质材料，符合墙体改革的方向；虽然短肢墙构件增加了施工难度，但扩大了使用面积。
（二）满足结构设计的需要
在小高层住宅中，短肢剪力墙体系，墙肢和梁可隐蔽，结构布置灵活，墙的数量和肢长根据抗侧力的需要而定，数量可多可少，肢长可长可短，还可通过不同的尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置。
在小高层住宅中，与常用的剪力墙体系相比，短肢剪力墙体系具有如下优点：充分利用墙肢的承载能力，避免传统剪力墙结构中墙体过长而通常为构造配筋的浪费；减轻结构自重，降低主体结构和基础造价，尤其对于地基承载力较低的地区经济效益显著；结构自振周期相对加大，弥补剪力墙体系抗侧刚度大，从而地震反应加大的缺点；主体结构中大多数墙肢呈受弯工作状态，从而保证墙体具有足够的延性；同时大多数连梁的跨高比大于2.5，保证整体刚度的同时降低连梁的自身刚度，避免连梁的剪切破坏，使连梁也具有足够的延性，以此来弥补剪力墙体系延性的不足。
六、采用短肢剪力墙应注意的问题
第一，由于采用短肢墙，同样高度的房屋墙体厚度就比一般剪力墙大，分隔墙采用轻质砌体，其厚度比墙肢小，因此必须造成房间一侧或两侧见梁，否则不简洁。同时砌体隔墙需要抹灰有湿作业。
第二，短肢剪力墙结构中，除墙肢平面内有梁外，常垂直墙肢方向也应有梁。此类梁由于支座上铁难以满足锚固(0.4LaE)构造要求，同时整体计算中不计算墙肢平面外作用，梁端只能按简支考虑。
第三，墙与梁与轻质砌体隔墙之间，由于不同材料易产生裂缝，采取措施只能减少裂缝增加造价，而一旦出现裂缝使用户产生不安全感．费脑筋解释，住户也会感到不理解，不放心。
第四，采用短肢剪力墙结构，房屋总重量会比一般剪力墙结构减轻一些，混凝土用量会少一些。但数值相差有限，房屋刚度减少，地震效应变小。但总用钢量增大，分隔墙也需造价，并有抹灰湿作业。装饰工程工期相应增加．因此高层建筑短肢墙与一般剪力墙，综合经济效益无明显优势。
结语
短肢剪力墙结构在现代建筑行业中已成为了很重要的一种形式，应用日益广泛。设计者应提高设计水平，结合相应的构件受力情况，对短肢剪力墙的薄弱环节加以控制，提高其抗震性能，设计出更安全、更经济、更适用的建筑。
参考文献
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[2]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]邝超民.短肢剪力墙结构分析与设计[J].广东建材，2008.2.
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