短肢剪力墻過多的剪力墻結(jié)構(gòu)能夠給住宅建筑內(nèi)部的分布帶來很大的方便,其能夠有效防止框架結(jié)構(gòu)露梁露柱的缺陷,能夠滿足更多用戶對平面有效分割的需要。并且,在經(jīng)過運用輕質(zhì)填充墻后能夠大幅度降低結(jié)構(gòu)本身的重量,從而減弱結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,使得結(jié)構(gòu)的自振周期不斷增大,間接地增強了結(jié)構(gòu)承受震動的能力。但受到新型結(jié)構(gòu)抗震性的影響,其在地震較多的地區(qū)沒有得到太多的運用,為確保萬無一失,在運用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程中,對其運用范圍加以限制,更應(yīng)該完善相應(yīng)的抗震方法。
1、工程實例
某地區(qū)的住宅小區(qū)具體情況為:多層住宅樓(4層～7層)12棟、公共建筑1棟,共計13棟樓,總建筑面積約4.7萬m2�？紤]到開發(fā)商建筑結(jié)構(gòu)的要求,排除一些公共建筑,其它多層住宅設(shè)計主要使用了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式。對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置時,應(yīng)當(dāng)充分考慮到建筑平面情況及其運用功能,把橫向一般剪力墻設(shè)置在房屋端部,這樣可以對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)及橫向側(cè)加以控制;把縱向一般剪力墻設(shè)置在房屋中部,對結(jié)構(gòu)的縱向側(cè)移加以控制。從而形成短肢剪力墻、一般剪力墻、剪力墻筒體三者同時抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。通過最后的試驗檢測,縱橫兩方向短肢墻第一振型底部地震傾覆力矩百分比都在50%以下,與建筑標(biāo)準(zhǔn)相符合。
2、短肢剪力墻的定義
在人們對住宅環(huán)境要求不斷提高的過程中,對于多層住宅平面與空間的要求也更為嚴(yán)格。早期常規(guī)框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁、剪力墻結(jié)構(gòu)會給建筑空間帶來不利影響,限制了其內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)大小,這顯然滿足不了用戶當(dāng)前的實際需要。因而,在設(shè)計者和建筑者們長期的研究探索中,其把剪力墻當(dāng)成基礎(chǔ),對框架的優(yōu)勢不斷積累改進(jìn)后創(chuàng)建了全新的結(jié)構(gòu)模式,即“短肢剪力墻一簡體（或一般剪力墻）”結(jié)構(gòu)體系。
2.1短肢剪力墻高厚比的標(biāo)準(zhǔn)
在短肢剪力墻設(shè)計過程中需要對高厚比加以嚴(yán)格控制,其具體控制方法包括:
（1）把短肢剪力墻、常規(guī)剪力墻互相區(qū)分開來。在建筑施工標(biāo)準(zhǔn)中提到了,短肢剪力的高厚比通常為5～8,常規(guī)剪力墻的高厚比需在8以上。
（2）把短肢剪力墻、異型柱之間加以區(qū)分。工程標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定內(nèi)容為:異型柱是截面幾何形狀為L形、T形和十字形,同時要求截面各肢的高厚比要低于4的柱,以滿足結(jié)構(gòu)之間的銜接需要,通常墻肢高厚比在4～5之間的構(gòu)件需要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)形式加以設(shè)計。
2.2短肢剪力墻在實際中的判定
短肢剪力墻的判定在實際中,由于L形、T形、十字形和Z形的短肢剪力墻的大量應(yīng)用,比一字形短肢剪力墻的抗震性能強,延性及平面外穩(wěn)定性較好,所以規(guī)范要求短肢剪力墻盡可能設(shè)置翼緣。PKPM（結(jié)構(gòu)計算軟件）規(guī)定,短肢剪力墻必須是不超過兩個墻肢且每個墻肢高厚比都小于8的剪力墻,軟件按此定義搜索和判斷短肢剪力墻。
3、關(guān)于結(jié)構(gòu)計算分析
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算,首先要選用合適的計算軟件,合理地選擇計算分析方法,確定計算模型和相關(guān)參數(shù),并加強對計算結(jié)果合理性的判斷,特別要加強概念設(shè)計。一般來說,短肢剪力墻是由于對一般剪力墻進(jìn)行大開口而形成的,所以,基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同,可采用三維桿系—薄壁柱空間分析方法,或空間桿—墻組元分析方法。其中空間桿—墻組元分析方法的計算模型更符合實際,精度更高。
4、短肢剪力墻延性的相關(guān)設(shè)計
4.1短肢剪力墻、常規(guī)剪力墻的設(shè)計
在短肢剪力墻的設(shè)計過程中,對其布置情況應(yīng)該做到科學(xué)、勻稱、質(zhì)量中心與剛度中心重相重合,短肢剪力墻的分布情況應(yīng)該按照T形、L形、Z形、十字形等情況加以設(shè)計,以保證短肢剪力墻抗扭與平面之間的穩(wěn)定性達(dá)到要求。對于一些重點的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)簡體通常使用樓梯,單必須要確保剛度在一定的均衡性內(nèi),設(shè)置不宜太集中以避免建筑出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),且筒體的剛度也要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)需要,對平面尺寸嚴(yán)格控制,確保簡體與常規(guī)剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50％,以建立起躲到抗?fàn)幵O(shè)置,維持水平力的可靠傳遞,并對重要的區(qū)樓板增加厚度,對與核心筒連接的梁需參照強度指標(biāo)設(shè)計,以維持建筑內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性能。
4.2短肢剪力墻的軸力設(shè)計值和剪力設(shè)計值
短肢剪力墻的受力主要來源于豎向荷載,其次則是水平荷載,短肢剪力墻在重力荷載代表值影響下形成的軸力設(shè)計值的軸壓比,抗震等級達(dá)一、二、三級后通常要分別控制在0．5、0．6、0．7。有的短肢剪力墻沒有翼緣、端柱,如:一字形的短肢剪力墻,憂郁延性達(dá)不到要求,其軸壓比限值需做出降低調(diào)整,需減小0.1,短肢剪力墻的抗震等級需盡可能高級點,這樣做的主要作用是為了在構(gòu)造上對短肢剪力墻的延性加以調(diào)整。在設(shè)計短肢剪力墻的剪力過程中,處理要對底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整外,還要顧及到其它結(jié)構(gòu)層,一、二級抗震等級軸壓比需乘以增大系數(shù)1．4和1．2,這樣做的好處是為了防止短肢剪力墻受到太大的損壞。
4.3短肢剪力墻配筋
（1）短肢剪力墻約束邊緣構(gòu)件配箍特征值λv宜按相同軸壓比的框架柱提高一級,取軸壓比小于0.3的短肢剪力墻及非加強部位的短肢剪力墻,其邊緣構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)置應(yīng)較一般剪力墻高,宜按表1配置。表1短肢剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件最小配箍特征值
（2）短肢剪力墻的截面高度一般在1200～2000mm之間,其約束邊緣構(gòu)件長度Lc可統(tǒng)一取450mm;短肢剪力墻的邊緣構(gòu)件的縱向配筋除滿足規(guī)范要求外,其縱向鋼筋最小配筋率宜按框架柱要求設(shè)置;抗震設(shè)計時,短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率,底部加強部位不宜小于1．2％,其他部位不宜小于1．0％。
（3）短肢剪力墻的水平及豎向分布筋,除按計算確定外,其構(gòu)造最小配筋宜按表2要求。表2短肢剪力墻分布筋要求另外,短肢剪力墻應(yīng)采用雙排布筋,水平筋在外,豎向筋在內(nèi),兩排筋間拉結(jié)控筋梅花形布置,間距不宜大于400mm×400mm,每根豎筋均有拉筋連結(jié);如圖1中（a）（b）（e）所示,肢長大于3倍小于等于4倍墻厚的墻肢按柱要求配筋,其外套箍兼作水平筋。
5、抗震薄弱位置與改善方法
根據(jù)工程實驗數(shù)據(jù)可知,剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震的薄弱位置主要包括了:外邊緣、墻肢、小墻肢、連梁等方面。若出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之后,建筑平面外邊緣及角點處的墻肢則會迅速斷裂;受到地震沖擊的影響,高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)較大的整體彎曲變形,底部周圍的小墻肢由于截面面積小常常承受了過多的豎向載荷,對剪力墻結(jié)構(gòu)的損壞較為嚴(yán)重。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi),其墻肢剛度不斷減弱,導(dǎo)致連梁受剪破壞的能力增強。因而,設(shè)計短肢剪力墻結(jié)構(gòu)時需要對結(jié)構(gòu)的薄弱部位加以控制。
(1)維持應(yīng)力均衡。短肢剪力墻遍布于平面的應(yīng)力需要維持平衡,保證剛度中心和建筑物質(zhì)心相互靠近,從而降低結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng);合理調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)位置墻肢的厚度,對墻肢截面的軸壓比加強控制,通常在0.6以內(nèi),從而加強墻肢的承載力。
(2)增強抗震等級。對于短肢剪力墻抗震等級的設(shè)計,要按照較高級別進(jìn)行設(shè)計。短肢剪力墻的剪力設(shè)計值,除了要對底部位置增強設(shè)計外,相關(guān)部位也需要做出一定的調(diào)整。短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率,其底部通常在1.2%以上,其余位置應(yīng)在1.0%之上。
(3)科學(xué)計算指標(biāo)。連梁在高層結(jié)構(gòu)中屬于耗能構(gòu)件,連梁的剪切作用會降低結(jié)構(gòu)的延性,給抗震作用造成不利影響。在設(shè)計過程中需要對連梁的“強剪弱彎”進(jìn)行科學(xué)的計算,以維持連梁結(jié)構(gòu)的性能。而連梁做好分布于各肢的平面內(nèi),且防止運用過多的一字形墻肢。
(4)避免設(shè)計失誤。一字形短肢剪力墻平面外最好不要設(shè)計樓面梁。在剪力墻外墻相應(yīng)跨度的大梁支座時,遇到地震后很容易產(chǎn)生裂縫,若彎矩較大則剪力墻平面外剛度、承載力則達(dá)不到要求,給結(jié)構(gòu)的平面造成損壞。很多設(shè)計人員對這些情況沒有給予重視。
6、結(jié)語
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑行業(yè)中已成為了很關(guān)鍵的一種形式,隨著用戶們對建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求的提高,設(shè)計者應(yīng)該提高設(shè)計效果,對概念設(shè)計給予足夠的重視。結(jié)合相應(yīng)的構(gòu)件受力情況,對短肢剪力墻的薄弱環(huán)節(jié)加以控制,學(xué)會運用科學(xué)的計算方法來科學(xué)設(shè)計規(guī)劃。
