近十幾年來，隨著人們對住宅，特別是多層、小高層住宅平面與空間設(shè)計的要求越來越高，普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱，普通剪力墻結(jié)構(gòu)對建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對住宅平面與空間的要求，于是在原有框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，吸收了剪力墻的優(yōu)點(diǎn)，逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的多層和小高層住宅結(jié)構(gòu)形式，即異形柱框架結(jié)構(gòu)體系和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在高層住宅的設(shè)計中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是應(yīng)用比較多的一種結(jié)構(gòu)形式，與異形柱框架結(jié)構(gòu)相比，它的抗側(cè)向變形性能好，可適應(yīng)更高的建筑高度，對于7度和8度抗震設(shè)防時，分別可達(dá)100m和60m【lJ。同時，與剪墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)問題。對于小高層住宅的結(jié)構(gòu)選型、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)布置、剪力墻數(shù)量、截面選擇等問題進(jìn)行了探討；同時采用SATWE程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并對計算結(jié)果作出比較。

1短肢剪力墻的力學(xué)性能

1．1短肢剪力墻的定義

短肢剪力墻是聯(lián)肢剪力墻的一種，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JBJ3．2002)對短肢剪力墻的定義是：短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻；即短肢剪力墻應(yīng)滿足5≤／h^≤8(1)力墻結(jié)構(gòu)相比，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)、且結(jié)構(gòu)為墻肢截面高度，％為墻肢截面厚度。塑量墾適：奎全二三堡壅，討論了短肢剪力以上僅從構(gòu)件的幾何尺寸來限定短肢剪力墻是不嚴(yán)格的，因為滿足以上條件的各種結(jié)構(gòu)形式，其力學(xué)性能差異較大，因而造成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的混亂L2J。本文從經(jīng)濟(jì)和安全的角度出發(fā)，根據(jù)短肢剪力墻的力學(xué)特性，引入肢強(qiáng)系數(shù)‘和整體性系數(shù)c【對短肢剪力墻進(jìn)行限定【4J。(1)短肢剪力墻應(yīng)滿足k[]≤《；，≤[](2)其中，k為系數(shù)，0<k<l，經(jīng)對結(jié)構(gòu)的分析，一般取k=-0．9，II為大多數(shù)樓層不出現(xiàn)反彎點(diǎn)時的肢強(qiáng)系數(shù)。肢強(qiáng)系數(shù)的表達(dá)式為=(3)。J，為所有墻肢截面對組合截面形心的二次面積矩之和；，-一組合截面的慣性矩；(2)、短肢剪力墻應(yīng)滿足<10，的表達(dá)式為㈩其中，為肢距系數(shù)；D為連梁的剛度系數(shù)，為各墻肢的總剛度。當(dāng)剪力墻的墻肢截面形式確定后，值的大小反映了剪力墻矩形洞口寬度的大小，小，洞口的寬度小，大，洞口的寬度大；當(dāng)墻肢的截面形狀和大小確定的情況下，的大小反映了剪力墻矩形洞口的高度，a大，洞口高度小，小，洞151高度大。

1．2整體性系數(shù)a對短肢剪力墻的影響

1．2．1整體性系數(shù)對側(cè)移曲線的影響

在水平荷載作用下，短肢剪力墻側(cè)移曲線呈明顯的彎剪型，即底部數(shù)層為彎曲型，受力性能較好；頂部數(shù)層為剪切型，受力性能較差。水平均布荷載作用下短肢剪力墻的側(cè)移方程為：=警1吩1]+11I2(1(一去1一+_1]一而1面1+s]]一。0sh(～sinh(ko~H(卜jj，=11+A=+4聲一z’’一’為考慮剪切變形的連梁截面等效慣性矩，、厶分別為兩墻肢截面慣性矩，4、分別為兩墻肢截面面積，H為墻體總高度，h為層高，1為兩墻肢形心之間的距離，為連梁的凈跨，g為尸t均布荷載的分布集度，=告，k=71。

1．2．2整體性系數(shù)對墻肢應(yīng)力的影響

外荷載產(chǎn)生的傾覆力矩可分解為兩部分：兩墻肢整體彎曲所抵抗部分和兩墻肢局部彎曲所抵抗部分。此時，由兩墻肢整體彎曲所抵抗的外荷載傾覆力矩為M=kM(6)由兩墻肢局部彎曲所抵抗的外荷載傾覆力矩為M，=(1一k)M(7)為外荷載產(chǎn)生的傾覆力矩，k為兩墻肢整體彎曲所抵抗的外荷載傾覆力矩的比例，其表達(dá)式為去I竽-cha~+(sha-tz)l(8)為剪力墻相對高度，0為剪力墻的頂部，1為剪力墻的底部。綜上所述，在水平均布荷載作用下，雙肢對稱短肢剪力墻，在肢強(qiáng)系數(shù)較大時，側(cè)移曲線反彎點(diǎn)相對高度隨整體性系數(shù)oc的增大而減��；在肢強(qiáng)系數(shù)較小時，側(cè)移曲線反彎點(diǎn)相對高度隨整體性系數(shù)的增大而增大。整體性系數(shù)僅不宜過小。

2高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

2．1工程概況

該工程為鞍山市“都市陽光”住宅小區(qū)高層住宅建筑，本文討論一個伸縮縫區(qū)段。建筑面積為3876m，標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積為338m�？v向總長度為24．97m，橫向總長度為14．3m。開問為3．3m～5．1m，進(jìn)深為4．5m～6m。層數(shù)為十一層，局部躍十二層。其中一至十一層層高為2．9m，十二層層高為2．7m。建筑總高度為36．95m。外墻采用300mm空心磚，內(nèi)夾70厚水泥聚苯板，內(nèi)墻采用200厚空心磚。結(jié)構(gòu)形式采用短肢剪力墻。樓蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土肋形樓蓋，墻、柱、梁均為現(xiàn)澆，抗震設(shè)防烈度為七度。

2．2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題

(1)嚴(yán)格控制短肢墻的軸壓比，尤其是無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻。目前，根據(jù)國內(nèi)外研究結(jié)果，在承受壓彎作用的剪力墻中，當(dāng)處于小偏壓狀態(tài)時，墻的延性較差。不僅如此，即使在大偏壓狀態(tài)下，若軸壓比較大，混凝土受壓區(qū)的邊緣應(yīng)力很高，如果混凝土沒有約束或約束不夠，可能混凝：E先達(dá)到極限壓應(yīng)變，出現(xiàn)豎向裂縫，甚至壓碎，使構(gòu)件喪失變形能力和承載能力。因此，在設(shè)計時，應(yīng)嚴(yán)格控制短肢墻的軸壓比，以保證短肢墻的延性。

(2)應(yīng)采取三維計算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動力特性分析和桿件內(nèi)力計算。這時對于豎向構(gòu)件又有薄壁桿模型與墻元模型，前者是一種簡化模型，但精確度較低：后者是板元與膜元的組合，是一種高精度力學(xué)模型。

(3))由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對較小，設(shè)計時宣布置適當(dāng)數(shù)量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時也形成兩道抗震設(shè)防。

(4)各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近；抗震設(shè)計中，簡體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)底部地震傾覆力矩的50％，必要時也可以通過增加長肢墻的方法調(diào)整剛度中心位置。

(5)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的抗震薄弱環(huán)節(jié)是建筑外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢，特別是“一字形”短肢剪力墻，可出現(xiàn)先于與其相連的梁破壞的情況。如當(dāng)高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂。因此，設(shè)計時應(yīng)采取必要的措施，如對位于建筑外邊緣及角點(diǎn)處的短肢剪力墻應(yīng)減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率，加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻，以保證結(jié)構(gòu)的安全性、實(shí)用性。

(6)要正確判定短肢剪力墻結(jié)構(gòu)墻肢平面內(nèi)梁的屬性�！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ5—2002)規(guī)定：剪力墻開洞形成的跨高比小于5的連梁應(yīng)按連梁進(jìn)行設(shè)計；當(dāng)跨高比大于5時宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計。連梁的剛度變化，直接影響了結(jié)構(gòu)的總體抗側(cè)移剛度，合理地選擇梁的截面和配筋，有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此’／J、高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際設(shè)計時，墻肢剛度可相對減��；連接各墻肢間的梁剛度不應(yīng)折減。只有這樣，才能使梁截面設(shè)計易于滿足規(guī)范的要求，偏于安全。

(7)小高層住宅在設(shè)計時，為避免連梁剪切破壞先于彎曲破壞，應(yīng)滿足強(qiáng)剪弱彎的要求；不宜采用窗下墻作為連梁，因為窗下墻高度很大，形成剛度很大的剪切塊，不利于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，所以，宜將連梁設(shè)計成為截面、剛度較小的弱連梁。

2．3主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)結(jié)構(gòu)選型根據(jù)開發(fā)商的要求，房間內(nèi)不允許露出柱或梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本工程可供選擇的結(jié)構(gòu)方案有異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。由于異形柱框架結(jié)構(gòu)要求肢高與肢厚之比不應(yīng)大于4，且柱的凈高與柱截面長邊尺寸之比不宜小于4、不應(yīng)小于3J，由此對截面尺寸產(chǎn)生了限制。經(jīng)初步估算，采用異形柱框架時柱的軸壓比超出限值，異形柱框架結(jié)構(gòu)的高度限值為35m，本工程的建筑高度為36．95m[6】。且本市對異形柱框架結(jié)構(gòu)的高度限值更為嚴(yán)格，故決定不采用異形柱框架結(jié)構(gòu)。對于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，經(jīng)初步估算，其軸壓比、側(cè)移、扭轉(zhuǎn)及總高度限值等方面均能滿足要求，故最終決定采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

(2)結(jié)構(gòu)布置

結(jié)合本工程的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)布置時，以滿足結(jié)構(gòu)承載力、控制結(jié)構(gòu)變形、減少扭轉(zhuǎn)、控制軸壓比等多方面指標(biāo)綜合確定剪力墻的布置。結(jié)構(gòu)布置主要采取以下措施[9-10]：①根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002。高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)，本工程沿樓梯間布置長剪力墻，并結(jié)合電梯間形成短肢剪力墻．筒體結(jié)構(gòu)。在其余部位，采用小開間布置剪力墻的方式，沿內(nèi)外墻交接處布置短肢剪力墻。為增加短肢剪力墻的側(cè)向剛度，盡量將短肢剪力墻布置成T形、L形或H形。②合理布置水平抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，各個軸線的水平抗側(cè)構(gòu)件盡量分布均勻、對稱，以減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。在布置剪力墻時，隨時應(yīng)用SATWE程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果，調(diào)整各軸線上的墻肢長度，盡量減少結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心的偏差。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1．2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1．5倍。本工程控制在1．06倍。一層樓面的剛度中心和質(zhì)量中心坐標(biāo)見表1。③控制剪力墻的軸壓比不超過規(guī)定的限值。本工程為二級抗震等級，按14kN／m估算，將短肢剪力墻的軸壓比限制在0．6以下，對于一字型短肢剪力墻，軸壓比控制在0．5以下。墻肢長為肢厚的5～8倍，同時要兼顧建筑門窗洞口的要求。剪力墻外墻厚為250nli／1，內(nèi)墻厚為200mm。±0．000以下墻肢加厚100mm。④保持豎向剛度連續(xù)，四層以下采用C40級砼，五～八層采用C35級砼，九層以上采用C30級砼，梁、樓板采用C25砼。剪力墻截面沿豎向不變化。⑤為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，樓屋蓋均采用現(xiàn)澆。⑥內(nèi)墻梁截面寬度為200mm，外墻梁截面寬度為250mm。梁高初步按凈跨1／10確定。剪力墻數(shù)量布置的的多少，是結(jié)構(gòu)設(shè)計中至關(guān)重要的一個問題。剪力墻布置的太少，結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小，結(jié)構(gòu)側(cè)移大；剪力墻過多，地震力大，又不經(jīng)濟(jì)。在框架．剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計中我們常采用一些指標(biāo)來指導(dǎo)我們的剪力墻布置[11-14，如壁率、平均壓力、參照實(shí)際工程中的剪力墻數(shù)量等等。壁率的計算有“單位建筑面積墻長”和“單位建筑面積墻面積”兩種計算方法，前者比較粗略，后者反映了墻厚的因素；平均壓力是樓層以上重量除以墻、柱截面積，它反映了層數(shù)、重量及結(jié)構(gòu)截面積等因素。參照實(shí)際工程中的剪力墻數(shù)量時我們用“單位建筑面積墻面積”的壁率值加以比較。但是地震力的大小不僅與建筑的質(zhì)量多少有關(guān)，還與建筑的高度有關(guān)。所以我認(rèn)為應(yīng)該在壁率的計算中引入建筑總高度或建筑層數(shù)的因素，既考慮總高度因素的壁率=覆考慮層數(shù)因素的壁率=覆但是，考慮高度、層數(shù)因素的剪力墻壁率值多少合適，本人還沒有統(tǒng)計過，還需要在這一方面做許多理論、實(shí)踐以及震害調(diào)查工作�，F(xiàn)將本工程設(shè)計中的剪力墻布置情況列于表2。

(3)主要分析結(jié)果

SATWE是專門為多高層建筑結(jié)構(gòu)分析而研發(fā)的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，適用于各種復(fù)雜體型的高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系計算。SATWE是以殼元理論為基礎(chǔ)構(gòu)造一通用的超單元墻元為模擬剪力墻，它不僅具有平面內(nèi)剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬剪力墻的受力狀態(tài)。而且墻元的每個節(jié)點(diǎn)都具有空間6個自由度，可方便地與任意空間梁柱單元連接，無需任何附加約束。SATWE給樓板4種簡化假定，即假定樓板整體平面內(nèi)無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。采用SATWE程序進(jìn)行分析，短肢剪力墻按墻元模型輸入，短肢剪力墻間的梁作為連梁計算。結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下的位移圖見圖1。從圖中可以看到，在地震力和風(fēng)荷載的作用下，結(jié)構(gòu)的變形接近框一剪結(jié)構(gòu)的彎剪變形。從位移計算結(jié)果來看，在前面所確定的“壁率”等指標(biāo)下，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能夠較好的控制結(jié)構(gòu)的位移。部分結(jié)果見表3。

3與異形柱框架結(jié)構(gòu)的比較

將本工程與同一小區(qū)條件類似并采用異形柱框架結(jié)構(gòu)的工程相比，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有側(cè)移小、剛度大的優(yōu)點(diǎn)。短肢剪力墻比異形柱框架鋼筋及混凝土用量的數(shù)據(jù)見表4在墻柱鋼筋用量方面，短肢剪力墻比異形柱多4．8kg／m，而梁的鋼筋短肢剪力墻比異形柱：少14．87kg／m，這是由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)梁的跨度比異形柱框架梁的跨度小；在墻柱混凝土用量方面，短肢剪力墻比異形柱混凝土用量多0．1／m，梁的混凝土用量短肢剪力墻比異形柱框架結(jié)構(gòu)少0．022m／m。模板總用量短肢剪力墻結(jié)構(gòu)比異形柱框架結(jié)構(gòu)多0．49m2／m。

4結(jié)論

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)在限制結(jié)構(gòu)位移、減少扭轉(zhuǎn)、控制軸壓比的原則下，合理布置剪力墻的數(shù)量和位置，同時采取合理的構(gòu)造措施，加強(qiáng)樓屋蓋的剛度并設(shè)置暗柱，提高結(jié)構(gòu)的整體性。在計算剪力墻的壁率時，應(yīng)考慮建筑總高度和層數(shù)的因素，不斷積累經(jīng)驗，使其更加合理。