短肢剪力墙结构设计要点分析

1、    短肢剪力墙结构设计要点分析    农绍平韦承涛【摘 要】笔者基于工程实践，分析了短肢剪力墙的布置与设计，并结合工程实例，分析了具体的设计要点。【关键词】建筑；短肢剪力墙；设计随着生活水平的提高，人们越来越重视住宅空间的布局。尤其是对小高层、多层住宅的适住性，已不局限于普通框架结构，经过不断的试验改进，人们把普通剪力墙和框架相结合，形成了以短肢剪力墙为主要结构的体系。由于该体系既保留了异形柱不凸出墙面的优势，又在应用的过程中克服了异形柱框架抗震性能不佳的缺陷，因此其在目前的小高层住宅建筑工程中得到了广泛的应用。1.短肢剪力墙的布置（1）短肢剪力墙应

2、均匀布置，使墙的轴向应力差别不宜过大竖向布置短肢剪力墙，尽可能做到墙肢上、下对齐、连续，尽量避免洞口错位，与连梁一起构成连续跨数较多的抗侧力体系。（2）每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与之相连接，连粱尽可能布置在墙肢的竖向平面内短肢剪力墙应该尽量在另一方向上设置翼缘，尽可能避免有一字形短肢剪力墙出现，结构布置上考虑纵横墙的共同作用。（3）短肢剪力墙应设计成强墙柱、弱连梁的体系。所谓墙柱，指的是指墙柱可采用强度等级高的混凝土，加强墙柱配筋。尽可能减少连梁高度，使分配的地震力不至于太大，也使短肢剪力墙体系计算更合理。2.短肢剪力墙的设计（1）严格控制短肢墙的轴压比，尤其是无翼缘或端柱的一字形短肢剪力

3、墙。实践证明，在承受压弯作用的剪力墙中，当处于小偏压状态时，墙的延性较差。不仅如此，即使在大偏压状态下，若轴压比较大，混凝土受压区的边缘应力很高，如果混凝土没有约束或约束不够，可能混凝土先达到极限压应变，出现竖向裂缝，甚至压碎，使构件丧失变形能力和承载能力。因此，在设计时，应严格控制短肢墙的轴压比，以保证短肢墙的延性。（2）由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以防止设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防。（3）各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近；抗震设计中，简体和一般剪力墙

4、承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构底部地震倾覆力矩的50%，必要时也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置。（4）短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢，特别是“一字形”短肢剪力墙，可出现先于与其相连的梁破坏的情况。如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂。因此，为了保证结构的安全性、实用性，设计时应采取必要的措施，如对位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率，加强小墙肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙。（5）要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性。连梁的刚度变化，直接影响了结构

5、的总体抗侧移刚度，合理地选择梁的截面和配筋，有利于提高结构的抗震性能。因此，小高层住宅短肢剪力墙结构在实际设计时，墙肢刚度可相对减小；连接各墙肢间的梁刚度不应折减。只有这样，才能使梁截面设计易于满足规范的要求，也是偏于安全的。（6）小高层住宅在设计时，应满足强剪弱弯的要求，以避免连梁剪切破坏先于弯曲破坏；不宜采用窗下墙作为连梁，因为窗下墙高度很大，形成刚度很大的剪切块，不利于结构的抗震设计，所以，宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。3.工程实例某工程，总建筑面积为12570m，采用短肢剪力墙结构，为12层住宅楼，建筑总高43.65m（层高3m），顶层为复式住宅，屋顶为四坡屋面。3.1短肢剪

6、力墙结构结构设计由于整个楼层的建筑平面较为复杂，采用在14和15轴间设置双墙防震缝，在?和?轴间设置悬挑构件抗震缝的处理方法，将平面分成相对独立的4个部分，各部分的长宽比l1/b1max=29/9.4=3.09<5，l2/b2max=117.52/17.02=1.03<5。高宽比hl/b1=37.44/9.4=3.98<6。h2/b2=41.94/17.02=2.46<6，符合规范要求。结构层高1层12层为3.0m，坡屋面层高0.55m2.47m，坡度为40%。平面的南侧拐角处设有阳光房，平面突出的部分为六边形，突出长度为2.1m，l/bmax<0.3符合规则建筑

7、平面布置要求（结构平面图见图1所示）。图1标准层结构平面图3.2结构设计的主要参数场地类型为ii类建筑场地，剪力墙抗震等级为二级。水平地震作用按x、y两个方向计算。同时考虑扭转耦联，周期折减系数0.85，计算取9个振型，结构阻尼比0.05，竖向力按模拟施工加载方式计算，恒活荷载分开计算。修正后的基本风压为0.35，地面粗糙度为b类，结构体型系数为1.4。连梁刚度折减系数0.7，地震力分项系数为1.3，风荷载分项系数为1.4，恒荷载分项系数为1.2，活荷载分项系数为1.4。本工程基础采用钢筋混凝土墙下条基（有肋梁），剪力墙厚度内外墙均为200mm，连梁截面b×h为200×37

8、0570（mm），楼板厚度100mm130mm，混凝土强度等级为c35、c25。地基采用天然地基，以层粘土层做为持力层，es=15mpa，fak=300kpa。3.3短肢剪力墙的布置按照抗震设计要求，结合窗间墙、楼梯间及房间四角等布置成“一”字形、“l”形、“t，形、“z”形或“十”字形墙段，沿结构平面各主轴方向均匀、对称布置，做到刚心和质心重合，减少结构扭转。各墙肢肢长不宜相差太大，截面高厚比可以控制在58之间，避免出现高厚比小于3的小墙肢，使各墙肢刚度接近，保证在水平地震力作用下，各墙肢受力均匀，避免个别长墙因内力太大而出现超筋。另外在轴，一轴间形成4个较为完整的弱筒，以增强整个结构的抗侧

9、力性。在竖向，要求墙肢上下对齐、连续。在同一轴线上的各墙肢通过连系梁连接，可增加对墙肢的约束，提高结构的抗震性能。为了保证连梁具有较好的刚度和延性，取其跨高比为4l/h8较为合适。3.4墙肢截面设计塔楼周围及肢长/肢宽<3的小墙肢均按框架柱的抗震要求配置纵筋及箍筋，并降低轴压比提高要求。连梁高度的设计计算从剪力墙洞顶至楼板面或屋面，窗间墙和窗台以下墙体采用轻质材料砌筑。连梁正截面配筋按矩形截面构件计算，取上、下配筋两者之中的较大值，配置于梁截面上、下部位，考虑到施工因素，一般每排布置2根纵筋为宜，也可根据墙厚适当增加。按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿梁全长加密布置，对于个别连梁由于跨高比较大，刚度大，可能出现超筋，地震作用下允许其局部出现裂缝，可将连梁刚度折减。为保证结构平面刚度，楼层最小板厚100mm，在南侧阳光房塔楼处适当增加厚度。总之，随着设计方法的不断更新，短肢剪力墙结构体系的运用将会越来越广泛。作为设计人员应充分运用概念设计，把