短肢剪力墙结构设计中若干问题分析

　　摘要：本文根据某高层为例，针对短肢剪力墙结构设计布置及在设计中应当注意问题，提出了解决措施。可供同行参考。
　　关键词：高层建筑，结构，设计，体会
　　1．工程状况
　　某房地产公司开发的住宅项目工程，主体结构地上13层（其中底层架空停车），地下1层，建筑总面积11400m2，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。主体结构计算采用中国建筑科学研究院开发的SATWE程序进行分析计算。结构布置时结合建筑平面和使用功能，将一般剪力墙主要布置于中心竖向交通区的楼电梯间处，形成剪力墙筒体作为主要的抗侧力构件，以承受主要水平力;其它部位则布置短肢剪力墙。受建筑平面的影响，竖直方向的一般剪力墙要比水平方向的少;而为方便架空层和地下室停车，周边的短肢剪力墙在水平方向的墙肢长度不能太长，为满足轴压比的要求只能加长竖直方向的墙肢。这样一来，就出现了水平方向的一般剪力墙强、短肢剪力墙弱而竖直方向的一般剪力墙弱、短肢剪力墙强的不利情况，在设计试算时竖直方向的短肢墙地震倾覆弯矩百分比大于50%，不满足规范的要求。后来经过与开发商沟通协商，在竖直方向利用卫生间隔墙等增加布置一些短的一般剪力墙，同时加厚竖直方向的一般剪力墙。经调整后，两方向的短肢墙地震倾覆弯矩百分比均符合要求，见表1。
　　表1短肢墙地震倾覆弯矩百分比

　　2.几点心得体会
　　2.1关于短肢墙的使用和布置
　　（1）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，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。对于墙肢截面高度与厚度之比小于5的情况:当截面高度与厚度之比小于3时应按柱设计，形成异型柱时则应按异型柱的要求设计;至于截面高度与厚度之比大于3、又小于5的剪力墙，实际也是短肢剪力墙，但由于它们更弱，高规提出高层建筑不宜采用高厚比小于5的墙肢，并且对这种小墙肢的轴压比提出了更严格的限制。因此高层建筑在采用常用短肢剪力墙时应尽可能使墙肢高厚比大于5。
　　（2）高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。
　　（3）当短肢剪力墙承受竖向荷载的面积较大，达到楼层面积的40%～50%以上，而且短肢剪力墙集中布置在平面的一边或建筑的周边，此时可以认为是具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。这类结构的最大适用高度应比高规中剪力墙结构的规定值适当降低。
　　（4）当结构中只有个别短肢剪力墙或小墙肢时，它分担的内力很少，即使破坏，也不影响结构的抗侧力能力，不会使楼板垮塌。这种结构不属于短肢剪力墙与筒体共同工作的剪力墙结构。
　　（5）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。
　　（6）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。
　　（7）应限制短肢剪力墙的数量:抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一震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%。
　　2.2关于结构分析
　　（1）计算模型的选择:对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆-系薄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，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清华大学的TUS。一般认为采用三维空间杆-墙组元分析方法计算模型更加符合实际情况，计算精度较高。
　　（2）高层结构中的连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，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，应按普通框架梁要求，控制砼压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%～80%来解决，按强剪弱弯、强柱弱梁的延性要求进行计算。
　　2.3关于加强措施
　　短肢剪力墙结构中的短肢墙受力以承担竖向荷载为主，承担水平荷载为辅。因此，当短肢剪力墙较多时，潜在的危险有两方面，一方面在剪力墙筒体出现问题以后，很弱的短肢剪力墙没有足够的延性和承载力，可能随之而破坏;另一方面是短肢剪力墙本身在弹塑性阶段抵抗竖向荷载的能力，如果短肢剪力墙失效,虽然结构仍然可以依靠其它剪力墙或井筒抵抗地震作用，但是承受竖向荷载的梁板将受到严重威胁，有时会发生“连续倒塌”。因此对短肢剪力墙结构较多的剪力墙结构在进行结构分析和截面设计时应采取比一般剪力墙结构更严的措施:
　　（1）应使短肢剪力墙具有足够的延性:抗震设计时，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;各层短肢剪力墙在重力荷载代表作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三级时分别不宜大于0.5、0.6、0.7;对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。
　　（2）为避免短肢剪力墙过早剪坏，应按高规要求提高剪力增大系数，以提高抗剪能力，实现强剪弱弯的短肢墙。
　　（3）为提高短肢墙在竖向荷载下的承载力，应增大纵向钢筋的全截面配筋率，底部加强区不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。
　　（4）高层短肢剪力墙结构在水平力作用下，显现整体弯曲变形为主，底部外围小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力，因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量，加强小墙肢的延性抗震性能。
　　（5）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，应加强其抗震构造措施，如减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率。
　　（6）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。