基于小高层住宅短肢剪力墙结构设计探讨

基于小高层住宅短肢剪力墙结构设计探讨

叶多丽

身份证号:4416241983****3847广东和平517200

摘要：在当前我国小高层住宅结构设计中，短肢剪力墙结构是一种较为安全、经济的结构形式。本文主要对小高层住宅短肢剪力墙结构设计相关问题进行了探讨，可供大家借鉴。

关键词：小高层住宅；短肢剪力墙；优点；结构布置；注意事项

前言

现代住宅建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。异形柱与短肢剪力墙结构能较好地满足现代住宅建筑的要求，因而逐渐得到了推广应用。短肢剪力墙与传统的框架剪力墙相比，具有很大的优越性，具体来讲，主要体现在采用短肢剪力墙结构既可以满足建筑工程施工中专业结构设计的需求，同时能够满足人们对其功能的需要。作为建筑结构工程师，我们应不断加强和完善短肢剪力墙的结构式设计，提高短肢剪力墙的结构设计水平，不断完善其构造要求，提高短肢剪力墙结构的抗震性能，注意结合实际情况改进细节部位，使采用短肢剪力墙结构进行施工的小高层建筑更加安全可靠。下文主要对小高层住宅短肢剪力墙结构设计相关问题进行探讨分析。

1.小高层住宅建筑应用短肢剪力墙结构设计的优点分析

短肢剪力墙结构是指墙肢截面高度为厚度5～8倍的剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型及少量的“一”字型。和一般剪力墙相比，这种结构型式的优点在于：

1.1墙肢较短，布置灵活，可调整性大，容易满足建筑平面的要求。

1.2减少了剪力墙而代之以轻质砌体，结构自重相应减轻，从而减小结构整体刚度，增大振动周期，降低地震作用力。

1.3墙肢高宽比较大，延性较好，对抗震有利。

1.4连梁跨高比较大，以受弯破坏为主，地震作用下首先在弱连梁两端出现塑性铰，能起到很好的耗能作用。

1.5墙肢的承载力得到了较充分的发挥。

1.6在建筑功能方面，采用短肢剪力墙进行小高层建筑的结构设计，可以使墙肢的厚度与填充墙相同，且能够将梁设计在隔墙的纵向平面内，很好的解决了普通剪力墙露梁露柱的问题，满足了现代城市居民对室内美观的要求；另外，短肢剪力墙结构中所采用的墙体材料一般属于轻质材料，符合了现代建筑墙体材料发展的趋势，尽管在施工中短肢剪力墙的构件施工会比普通剪力墙的施工要相对复杂，难度相对较大，但采用短肢剪力墙可以增大室内空间的有效利用面积，这对于住房紧张的城市居民来讲，无疑是具有很大意义的。

2.短肢剪力墙的结构布置应注意的事项

由于短肢剪力墙结构抗震性能较差，故应加强抗震薄弱环节，注重概念设计，以满足高规要求。首先，短肢剪力墙应均匀布置，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。其次，每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与之相连接，连梁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。第三，短肢剪力墙应设计成强墙柱弱连梁的体系。所谓强墙柱，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。第四，B级高度高层建筑及9度抗震设计的高度高层建筑，不能采用短肢剪力墙结构。第五，最大适用高度比高规表中剪力墙结构的规定值适当降低，且7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m。

3.短肢剪力墙的计算分析

短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中，只需按剪力墙输入即可，而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有６个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有７个自由度（多一个截面翘曲角，即扭转角沿纵轴的导数），考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂（如有转换层）时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短（一般为墙厚的５-８倍），本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用TAT、TBSA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。

4.短肢剪力墙结构设计应注意的问题

（1）要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墙。根据国内外研究结果，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。

（2）应采取三维计算方法进行结构的动力特性分析和杆件内力计算。这时对于竖向构件又有薄壁杆模型与墙元模型，前者是一种简化模型，但精确度较低；后者是板元与膜元的组合，是一种高精度力学模型。

（3）短肢墙结构不宜做得太高。短肢剪力墙住宅结构体系大多数是每层6～8户，各住宅单元围绕中部筒体呈环抱状布置，整个结构基本对称，多为20～30层；当受用地限制时，每层3～4户，通常布置在筒体的三边，层数多为12～20层。

（4）短肢墙截面形式宜优先采用L、T、十字形等，不宜采用一字形，外墙转角处不应采用一字形；同一构件各方向墙肢的厚度应尽可能相等，墙厚应严格按现行规定，墙厚最好不小于200mm，以利于保证墙、梁的有效断面。

（5）要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性。规程规定：剪力墙开洞形成的跨高比小于5的连梁应按连梁进行设计；当跨高比不小于5时宜按框架梁进行设计，但现行设计软件似乎没有考虑这一点。设计时比较合理的办法是把短肢墙平面内的梁按规范进行分类设计，但在做抗震分析时，不应做连梁刚度的折减。这样做既能使梁截面设计易于满足规范的要求，也是偏于安全的。

（6）应按规定提高短肢墙结构的抗震等级，以便提高其配筋量；短肢剪力墙结构较柔，周期较长，应适当进行周期折减，以加大地震力，增加安全储备。

5.结束语

总之，我们在小高层住宅楼设计短肢剪力墙结构时，应区别于一般剪力墙结构，多结合住宅特点，使结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部设计，提高短肢剪力墙的结构设计水平，要在保证整个结构安全可靠的前提下，又做到经济合理，还能很好的满足小高层建筑的使用功能。

参考文献：

[1]罗晓清.小高层建筑中短肢剪力墙结构设计分析[J].《科技创新与应用》.2015年32期.

[2]林同炎.结构概念和体系[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3]李国胜.高层钢筋混凝土结构设计手册（第2版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.