摘要：隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高，人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求也越來越高。本文對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點、設(shè)計的一般規(guī)定、受力性能特點、理想破壞模式、抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計等問題作了詳細的探討。
　　關(guān)鍵詞：短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；受力特點；概念設(shè)計
　　
　　
　　
　　1短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點
　　對于高層住宅，采用框架結(jié)構(gòu)時，因柱的局部突出而影響結(jié)構(gòu)的平面布局和美觀效果。采用一般剪力墻結(jié)構(gòu)，很難滿足底部有停車場等公共設(shè)施的建筑需求。同時，對于小高層住宅來說，采用小高層往往使結(jié)構(gòu)剛度加大，有效質(zhì)量也隨之加大，從而使得地震作用較大。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)克服了上述缺陷，依據(jù)自身的平面靈活性來調(diào)整結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的理想剛度，形成了一種短肢剪力墻為主的“短肢”剪力墻結(jié)構(gòu)體系。短肢剪力墻是指截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻，常用的有“L”、“T”“十”字型及少量的“一”字型。這種結(jié)構(gòu)較一般剪力墻有如下優(yōu)點：
　　（1）墻肢較短，具有較強的靈活性和可調(diào)整性，容易滿足建筑空間和平面布局的要求
　　（2）墻的數(shù)量可多可少，墻肢可長可短，主要視抗側(cè)力需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置；
　　（3）造價相對普通剪力墻結(jié)構(gòu)低，滿足建筑節(jié)能的要求；
　　（4）可開較大的洞口，建筑可獲得較好的采光和通風(fēng)效果；輕質(zhì)砌體代替減少了的剪力墻，減小結(jié)構(gòu)整體剛
　　度，減輕結(jié)構(gòu)自重，降低地震作用
　　（5）墻肢高寬比較大，故水平荷載作用下墻體的破壞一般外彎曲破壞，屬延性破壞；
　　（6）連梁跨高比較大，以彎曲破壞為主，地震作用下首先在弱連梁兩端出現(xiàn)塑性鉸，耗能性能較好；
　　（7）合理的短肢剪力墻設(shè)計可使墻的承載力得到充分的發(fā)揮，靈活的調(diào)整性很容易使得結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與重心接近或重合。
　　
　　2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)定
　　2.1結(jié)構(gòu)布置
　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的一般布置原則：短肢墻的數(shù)量應(yīng)當(dāng)適中，滿足豎向荷載和抗側(cè)力需要即可；短肢墻應(yīng)盡量均勻分布，其軸向應(yīng)力不應(yīng)相差懸殊，當(dāng)有抗震要求或風(fēng)力較大或平面凹凸較多時，在平面外邊緣及角點處，特別是外凸部分，布置必要的短肢墻以加強其整體性和滿足平面剛性的要求；各短肢墻應(yīng)盡量對齊、拉直，使之與連梁一起構(gòu)成較規(guī)整且連續(xù)跨數(shù)較多的抗側(cè)力片，當(dāng)不能完全做到時也允許局部互相錯開，每道短肢墻與兩個方向的梁連結(jié)，連梁盡可能布置在墻肢的豎平面內(nèi)，連梁寬度一般宜與墻肢厚度相等；墻肢不宜過厚，盡量不凸出或少凸出間隔墻表面，但亦不應(yīng)太薄以導(dǎo)致穩(wěn)定性差和施工困難，以采用200mm、250mm或300mm為宜；可以混合布置部分較長的墻或醫(yī)形柱；
　　2.2適用高度
　　7度抗震設(shè)計最大高度為100m，8度為60m，B級高度高層建筑和9度抗震設(shè)計的A級高度的高層建筑，即
　　使設(shè)置筒體，也不應(yīng)采用短肢剪力墻體系。
　　2.3軸壓比限值
　　根據(jù)國內(nèi)外目前所做的試驗結(jié)果，當(dāng)剪力墻所承受的軸壓力較大時，延性較差，原因在于此時剪力墻處在壓彎狀態(tài)下，受壓區(qū)較高，呈小偏心狀態(tài)，所以要限制軸壓比。考慮改善延性，短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6、0.7.對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪墻，由于延性較差，軸壓比限值相應(yīng)降低0.1.
　　2.4肢厚比限值
　　肢厚比小的結(jié)構(gòu)墻肢強度儲備不大，肢厚比大的結(jié)構(gòu)墻肢強度儲備充足安全性好，但其材料特性不能充分發(fā)揮，經(jīng)濟性差，從結(jié)構(gòu)的綜合性能看，肢厚比為6.0～7.0的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)性能較好，同時具有一定的能量儲備，材料性能發(fā)揮較為充分。
　　2.5連梁跨高比限值
　　隨著連梁跨高比的減小，短肢剪力墻的開裂荷載屈服、荷載、極限荷載逐漸增大，但當(dāng)連梁跨高比減小到一
　　定程度，增大幅度逐漸減小，連梁跨高比為1.5左右的短肢剪力墻試體的綜合性能較好。
　　2.6抗震等級劃分
　　建筑高度越高，地震反應(yīng)越大，抗震要求越高。抗震等級是考慮到地震作用（設(shè)防烈度、場地類別）、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度確定的，由于短肢剪墻的抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗不多，新高規(guī)第七章規(guī)定其抗震等級應(yīng)
　　比國際規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用。
　　
　　3短肢剪力墻的受力性能特點和理想破壞模式
　　3.1短肢剪力墻的受力特點
　　（1）短肢剪力墻主要受力特點是以整體彎曲為主，大多數(shù)樓層的墻肢沒有反彎點。整體水平位移曲線與豎向
　　懸臂柱相似，以彎曲型為主
　　（2）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系中連梁是一個耗能構(gòu)件，在振動臺試驗中出現(xiàn)了兩種破壞形態(tài)：彎曲破壞和剪切破
　　壞。
　　（3）構(gòu)件的延性隨肢高后比的增加迅速降低，構(gòu)件的承載力并未隨墻肢剛度的增加而增加。連梁和墻肢的剛
　　度比影響短肢墻的受性能，取0.03～0.05范圍內(nèi)較好。
　　（4）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣及角部處的墻肢首先開裂，因此應(yīng)加強抗震構(gòu)造措施。
　　（5）一字型墻肢的破壞最為嚴重，短肢剪力墻應(yīng)盡量設(shè)翼緣。
　　（6）短肢剪力墻是一種強肢弱梁型的聯(lián)肢剪力墻，在大部分情況下連梁首先開裂，然后墻肢開裂。
　　2.2 理想破壞模式
　　根據(jù)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)實驗研究資料，實驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)按現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(混合鉸機制)，而實驗得出的結(jié)果卻是梁鉸機制。因結(jié)構(gòu)中短肢墻和連梁之間存在著明顯的剛度級差，因此認為用梁鉸機制作為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防對策是合理的。
　　（1）如果能保證梁先屈服產(chǎn)生塑性鉸的前提下，短肢墻呈現(xiàn)反彎點不斷上升，剪跨比迅速增大，墻肢最終破壞，因此只要解決墻根延性問題就可以達到豎向構(gòu)件延性破壞的目的。
　　（2）以梁作為主要耗能構(gòu)件，用梁構(gòu)件可接受的損傷來達到保護豎向構(gòu)件的目的，這對結(jié)構(gòu)延性和震后修復(fù)均有利。
　　（3）梁鉸機構(gòu)的墻根塑性鉸導(dǎo)致的短肢墻轉(zhuǎn)角遠小于柱塑性鉸機構(gòu)的塑性鉸導(dǎo)致的短肢墻轉(zhuǎn)角，混合鉸機制的塑性鉸轉(zhuǎn)角介于兩者之間，這有利于墻延性構(gòu)造處理。
　　（4）除底層外，理論上消除了結(jié)構(gòu)薄弱層。可見，為了提高整體結(jié)構(gòu)的延性，使結(jié)構(gòu)破壞呈現(xiàn)整體破壞機制，要利用正確的概念設(shè)計，必須保證梁的屈服先于豎向構(gòu)件的屈服，讓水平構(gòu)件能充分耗散地震能量，從出鉸順序看應(yīng)先中下部梁端塑性鉸，逐漸向頂部發(fā)展，最后墻根部出現(xiàn)塑性鉸。因此加強墻根部的強度，推遲墻根部塑性鉸的產(chǎn)生及控制墻梁剛度比控制連梁高跨比，達到梁彎曲破壞的目的是短肢墻設(shè)計的重點。
　　
　　3短肢剪力墻的配筋計算
　　按照我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JG13-2002），當(dāng)墻厚小于或等于250mm時，墻肢端部的暗柱面積Ac=1.5－2.0bw這是合適的。但是隨著建筑物的層數(shù)越來越高，各墻肢的厚度也必將越來越厚，如果還是按上式計算，勢必造成很大浪費，與此同時還會出現(xiàn)暗柱主筋間距過大（＞250mm）。因此在實際設(shè)計中，可以根據(jù)不同墻厚取值，當(dāng)bw＜250mm時，Ac=1.5－2.0bw，當(dāng)bw＞250mm時，取Ac=1.0－1.5bw。
　　在運用程序計算短肢剪力墻時，其計算模型、構(gòu)造要求和配筋方式均和普通剪力墻結(jié)構(gòu)相同。在TAT.TBSA中就按照剪力墻結(jié)構(gòu)輸入即可，并且TAT.TBSA的計算模型都是薄壁桿件模型和桿件。其中梁、柱均為普通空間桿件，每個端部有6個自由度，墻為薄壁桿件，比梁、柱多一個自由度，即多一個截面曲角。考慮了墻元非平面變形的影響，根據(jù)矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，假設(shè)樓板平面內(nèi)剛度無限大，減掉部分未知量之后求解，它廣泛應(yīng)用于各種平面布置，未知量少、精度高。但是，薄壁桿件模型在分析、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜(含有轉(zhuǎn)換層)，并且比較低寬的剪力墻時，也存在一些不足，關(guān)鍵是薄壁桿件理論沒考慮剪切變形對結(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時，變形將不協(xié)調(diào)。由于短肢剪力墻肢長與墻厚之比為5～8，本身就比較高細，更接近于桿件性能，因此，用TAT.TBSA計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的真實受力特征。
　　
　　4短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計
　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是介于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和一般剪力墻結(jié)構(gòu)之間的一種結(jié)構(gòu)形式，其抗震薄弱環(huán)節(jié)是建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、“一字形”短肢剪力墻及連梁。當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂;在地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主，短肢剪力墻因截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一字形”小墻肢破壞最嚴重；在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，由于墻肢剛度相對減小，連接短肢剪力墻間的連梁已類似普通框架梁，其受剪破壞的可能性增加。因此，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中對這些薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)加強概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施。
　　例如，短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，必要時可用一般剪力墻來調(diào)整剛度中心，使剛度中心盡量接近建筑物質(zhì)心，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；由于短肢剪力墻的抗側(cè)移剛度相對較小，故設(shè)計時應(yīng)盡量利用電梯、樓梯問來形成一個核心筒，確保結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，共同抵抗水平力；核心簡作為主要抗側(cè)力構(gòu)件時，設(shè)計中應(yīng)保證核心筒與其外圍結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域可靠；短肢剪力墻的最小截面厚度要滿足規(guī)范要求的200mm，適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度及長度，嚴格控制短肢剪力墻截面的軸壓比不超過規(guī)范要求，并加強短肢剪力墻(尤其是底部)的配筋，以提高墻肢的抗扭剛度、承載力和延性；短肢剪力墻截面小，壁薄，平面外穩(wěn)定性差，故宜在兩個方向均有梁與之拉結(jié)，連梁宜布置在各肢的平面內(nèi)，避免采用“一字形”墻肢，否則應(yīng)采取加大配筋、減小軸壓比、設(shè)置端柱等加強措施；高層結(jié)構(gòu)中連梁是一個耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會使結(jié)構(gòu)的延性降低，對抗震不利，故連梁設(shè)計中應(yīng)按“強剪弱彎”的原則進行，如對跨高比≥5的連梁應(yīng)按框架梁進行設(shè)計，以保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞。
　　
　　
　　5結(jié)束語
　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)并沒有被劃分為一種單獨的結(jié)構(gòu)類型，而是剪力墻結(jié)構(gòu)一種特殊結(jié)構(gòu)形式的分支。由于該結(jié)構(gòu)體系墻肢布置的靈活性和可調(diào)整性，使得其各項經(jīng)濟指標都較一般剪力墻結(jié)構(gòu)理想。在進行短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)整體結(jié)構(gòu)的受力變形特征，運用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的原則，采取恰當(dāng)?shù)目拐鸫胧�，保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使整個結(jié)構(gòu)具有必要的承載能力、剛度和延性。同時，應(yīng)注重結(jié)合工程實際和經(jīng)驗對軟件計算結(jié)果的判別，從而采取必要的措施。