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摘要：本文首先介绍了近年来出现的短肢剪力墙结构体系，对短肢剪力墙的受力特点、结构布置、配筋要求、设计中注意的问题等方面进行了详细的介绍分析，以供参考。
关键词 高层房屋；短肢剪力墙；结构设计
Abstract: This paper introduces short pier shear wall structure system emerged in recent years, the short leg shear wall force characteristics, structural layout, reinforcement requirements, problems in the design are analyzed in detail, for reference.
Keywords senior housing; short pier shear wall； structure design
中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
短肢剪力墙是指墙截面高度与厚度之比为5～8倍剪力墙结构,且墙后不小于200 mm。短肢剪力墙结构是剪力墙结构中的一种,多用于高层及小高层住宅建筑。短肢剪力墙结构的大多数墙肢相对较短,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。
一、高层建筑短肢剪力墙的受力特点
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，剪力墙根据整体性系数 及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为3类。
(1)满足a≥10，In／I≤Z时，为整体小开口墙，它的整体性很强，墙肢不出现反弯点，变形以弯曲变形为主。
(2)满足a (3)满足a>10，但In／I>Z时，结构的梁、柱刚度比大，整体性很强，墙肢大多出现反弯点，如按壁式框架结构来考虑。其中：
Ij=∑Iji
式中：
Ai——墙肢i的面积；
Iji——墙肢i截面的惯性矩；
ri——墙肢i的截面形心至组合截面形心的距离。
为使短肢剪力墙结构的墙肢受力性能和变形性能优于异形柱，尽量不把短肢剪力墙设计成壁式框架，考虑到短肢剪力墙小墙肢、大洞口的特点，不适合设计成整体小开口墙结构，而异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙结构设计为a<10，In／I≤z的联肢墙。
二、高层建筑短肢剪力墙的结构布置
短肢剪力墙属于剪力墙的一种，而小墙肢剪力墙的布置，通常结合窗间墙位置及房间四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”形或“十”字形墙段，沿结构平面均匀布置，尽量做到对齐、拉直，使结构的刚心和质心结合，减少其扭转。短肢剪力墙的抗侧刚度相对较小，所以，经常在楼、电梯周围布置普通剪力墙，形成简体和短肢剪力墙共同抵抗侧力，在抗震设计中，简体和一般剪力墙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%。也可以通過增加长肢墙的方法调整刚度中心位置，短肢剪力墙的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘角部处的墙肢，当有扭转作用时，会加剧墙肢的变形，使角部墙肢首先开裂，所以，设计时应采取必要的措施，如减小轴压比、增大纵筋和箍筋的配筋率等，以保证结构的安全性、实用性。而对由于较大的竖向荷载和剪力使底部外围墙肢产生开裂，也应通过增加墙厚和配筋量等方法防止。
三、短肢剪力墙结构的计算分析
对短肢剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成,所以基本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆——系簿壁柱空间分析方法(TBSA、TAT)或空间杆——墙组元分析方法(TBSSAP、SATWE)。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。目前国内大多采用中国建研院系列软件中的TAT和SATWE来计算。
3.1TAT
TAT软件采用的是三维空间模型,对剪力墙采用薄壁柱单元计算原理,对梁柱采用空间杆系计算原理。在TAT计算中,为了使结构受力更合理,应对结构进行计算简化;对多肢剪力墙计算最常用的手段是按剪力墙开洞的办法进行,开洞应上下对齐,减少上下偏心。剪力墙开洞后,洞口上下剩余部分TAT用梁单元来模拟。开洞主要是为了把剪力墙简化为符合薄壁柱的计算模型,同时使简化后的剪力墙的受力更为明确。TAT中楼板采用刚性楼板假定,即平面内刚度无限大,平面外刚度为零。此假定对规则结构即楼板无大开洞且板厚不大的常规结构计算误差很小。
3.2SATWE
SATWE是专门为多高层建筑结构分析而研发的空间组合结构有限元分析软件,适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土结构体系计算。SATWE是以壳元理论为基础构造一通用的超单元墙元为模拟剪力墙,它不仅具有平面内刚度,也具有平面外刚度,可以较好地模拟剪力墙的受力状态。而且墙元的每个节点都具有空间6个自由度,可方便地与任意空间梁柱单元连接,无需任何附加约束。SATWE给楼板4种简化假定,即假定楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。
四、高层建筑短肢剪力墙设计的构造配筋要求
(1)短肢剪力墙约束边缘构件配箍特征值 宜按相同轴压比的框架柱提高一级，取轴压比小于0.3的短肢剪力墙及非加强部位的短肢剪力墙，其边缘构件的构造设置应较一般剪力墙高，宜按表1配置。
表1 短肢剪力墙构造边缘构件最小配箍特征值
(2)短肢剪力墙的截面高度一般在1200～2000mm之间，其约束边缘构件长度L可统一取450mm；短肢剪力墙的边缘构件的纵向配筋除满足规范要求外，其纵向钢筋最小配筋率宜按框架柱要求设置；抗震设计时，短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。
(3)短肢剪力墙的水平及竖向分布筋，除按计算确定外，其构造最小配筋宜按表2要求
表2 短肢剪力墙分布筋要求
另外，短肢剪力墙应采用双排布筋，水平筋在外，竖向筋在内，两排筋间拉结控筋梅花形布置，间距不宜大于400mmx400mm，每根竖筋均有拉筋连结。
五、短肢剪力墙结构设计中应注意的几个问题
(1)短肢墙的布置应均匀、分散、对称、周边。均匀、分散要求各墙肢刚度相差不大，否则将造成局部墙肢受力集中；对称要求质心和刚心尽量接近或重合，避免和减少结构地震作用下的扭转效应；墙肢周边布置可增大结构的外围刚度，以减小结构的扭转周期。
(2)墙肢截面宜规则、简单、刚度不宜过大，应以“T”、“L”“十”形为主，以增大短肢墙抗扭和出平面外稳定。应避免”一”字形墙肢的出现，且不宜布置单侧楼面梁与之平面外垂直或斜交。
(3)较一般剪力墙，短肢剪力墙抗侧刚度较小，在高层建筑中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，以避免抗震设防烈度下产生较大的变形。同时，简体和一般剪力墙承受的第一振型底部倾覆力矩不宜小于结构总底部倾覆力矩的50%，形成两道抗震设防。为了保证水平力可靠传递，核心区楼板宜适当加厚。
(4)高层结构中连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，连接各墙肢的梁已类似于一般的框架梁，因此，不应在计算的总信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁的要求进行设计，控制混凝土受压区高度，按强剪弱弯、强柱弱梁的要求进行设计。
(5)角部剪力墙上开设转角窗，洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，并应采取有效的加强措施：如洞口宽度不宜过大，连梁高度不宜过小，沿墙肢全高设置约束边缘构件，加强转角梁的配筋等。
(6)要充分利用梁、墙等构件可任意偏心布置的特点，尽可能避免近距离的轴线和节点，以提高计算精度，同时，也便于施工。
六、结束语
综上所述，随着小高层建筑的逐渐发展和人们对住宅使用功能要求的逐步提高,由于短肢剪力墙结构可以灵活布置,墙肢可长可短,可落地也可带转换层,房间内不会出现露梁露柱的现象,且短肢剪力墙的抗震性能也优于异形柱剪力墙结构,因此在设计中根据其受力的特点,充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后,并选择合理的布置形式,正确掌握计算分析方法,它将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。
参考文献
[1]于群.小高层住宅中短肢剪力墙结构的设计应用[J].中国科技信息,2005.(19A)
[2] 邝超民．短肢剪力墙结构分析与设计[J]．广东建材，2008(2)：81～82．
关键词 高层房屋；短肢剪力墙；结构设计
Abstract: This paper introduces short pier shear wall structure system emerged in recent years, the short leg shear wall force characteristics, structural layout, reinforcement requirements, problems in the design are analyzed in detail, for reference.
Keywords senior housing; short pier shear wall； structure design
中图分类号：TB482.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
前言
短肢剪力墙是指墙截面高度与厚度之比为5～8倍剪力墙结构,且墙后不小于200 mm。短肢剪力墙结构是剪力墙结构中的一种,多用于高层及小高层住宅建筑。短肢剪力墙结构的大多数墙肢相对较短,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。
一、高层建筑短肢剪力墙的受力特点
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，剪力墙根据整体性系数 及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为3类。
(1)满足a≥10，In／I≤Z时，为整体小开口墙，它的整体性很强，墙肢不出现反弯点，变形以弯曲变形为主。
(2)满足a
Ij=∑Iji
式中：
Ai——墙肢i的面积；
Iji——墙肢i截面的惯性矩；
ri——墙肢i的截面形心至组合截面形心的距离。
为使短肢剪力墙结构的墙肢受力性能和变形性能优于异形柱，尽量不把短肢剪力墙设计成壁式框架，考虑到短肢剪力墙小墙肢、大洞口的特点，不适合设计成整体小开口墙结构，而异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙结构设计为a<10，In／I≤z的联肢墙。
二、高层建筑短肢剪力墙的结构布置
短肢剪力墙属于剪力墙的一种，而小墙肢剪力墙的布置，通常结合窗间墙位置及房间四角等布置成“一”字形、“L”形、“T”形或“十”字形墙段，沿结构平面均匀布置，尽量做到对齐、拉直，使结构的刚心和质心结合，减少其扭转。短肢剪力墙的抗侧刚度相对较小，所以，经常在楼、电梯周围布置普通剪力墙，形成简体和短肢剪力墙共同抵抗侧力，在抗震设计中，简体和一般剪力墙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%。也可以通過增加长肢墙的方法调整刚度中心位置，短肢剪力墙的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘角部处的墙肢，当有扭转作用时，会加剧墙肢的变形，使角部墙肢首先开裂，所以，设计时应采取必要的措施，如减小轴压比、增大纵筋和箍筋的配筋率等，以保证结构的安全性、实用性。而对由于较大的竖向荷载和剪力使底部外围墙肢产生开裂，也应通过增加墙厚和配筋量等方法防止。
三、短肢剪力墙结构的计算分析
对短肢剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成,所以基本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆——系簿壁柱空间分析方法(TBSA、TAT)或空间杆——墙组元分析方法(TBSSAP、SATWE)。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。目前国内大多采用中国建研院系列软件中的TAT和SATWE来计算。
3.1TAT
TAT软件采用的是三维空间模型,对剪力墙采用薄壁柱单元计算原理,对梁柱采用空间杆系计算原理。在TAT计算中,为了使结构受力更合理,应对结构进行计算简化;对多肢剪力墙计算最常用的手段是按剪力墙开洞的办法进行,开洞应上下对齐,减少上下偏心。剪力墙开洞后,洞口上下剩余部分TAT用梁单元来模拟。开洞主要是为了把剪力墙简化为符合薄壁柱的计算模型,同时使简化后的剪力墙的受力更为明确。TAT中楼板采用刚性楼板假定,即平面内刚度无限大,平面外刚度为零。此假定对规则结构即楼板无大开洞且板厚不大的常规结构计算误差很小。
3.2SATWE
SATWE是专门为多高层建筑结构分析而研发的空间组合结构有限元分析软件,适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土结构体系计算。SATWE是以壳元理论为基础构造一通用的超单元墙元为模拟剪力墙,它不仅具有平面内刚度,也具有平面外刚度,可以较好地模拟剪力墙的受力状态。而且墙元的每个节点都具有空间6个自由度,可方便地与任意空间梁柱单元连接,无需任何附加约束。SATWE给楼板4种简化假定,即假定楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。
四、高层建筑短肢剪力墙设计的构造配筋要求
(1)短肢剪力墙约束边缘构件配箍特征值 宜按相同轴压比的框架柱提高一级，取轴压比小于0.3的短肢剪力墙及非加强部位的短肢剪力墙，其边缘构件的构造设置应较一般剪力墙高，宜按表1配置。
表1 短肢剪力墙构造边缘构件最小配箍特征值
(2)短肢剪力墙的截面高度一般在1200～2000mm之间，其约束边缘构件长度L可统一取450mm；短肢剪力墙的边缘构件的纵向配筋除满足规范要求外，其纵向钢筋最小配筋率宜按框架柱要求设置；抗震设计时，短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。
(3)短肢剪力墙的水平及竖向分布筋，除按计算确定外，其构造最小配筋宜按表2要求
表2 短肢剪力墙分布筋要求
另外，短肢剪力墙应采用双排布筋，水平筋在外，竖向筋在内，两排筋间拉结控筋梅花形布置，间距不宜大于400mmx400mm，每根竖筋均有拉筋连结。
五、短肢剪力墙结构设计中应注意的几个问题
(1)短肢墙的布置应均匀、分散、对称、周边。均匀、分散要求各墙肢刚度相差不大，否则将造成局部墙肢受力集中；对称要求质心和刚心尽量接近或重合，避免和减少结构地震作用下的扭转效应；墙肢周边布置可增大结构的外围刚度，以减小结构的扭转周期。
(2)墙肢截面宜规则、简单、刚度不宜过大，应以“T”、“L”“十”形为主，以增大短肢墙抗扭和出平面外稳定。应避免”一”字形墙肢的出现，且不宜布置单侧楼面梁与之平面外垂直或斜交。
(3)较一般剪力墙，短肢剪力墙抗侧刚度较小，在高层建筑中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，以避免抗震设防烈度下产生较大的变形。同时，简体和一般剪力墙承受的第一振型底部倾覆力矩不宜小于结构总底部倾覆力矩的50%，形成两道抗震设防。为了保证水平力可靠传递，核心区楼板宜适当加厚。
(4)高层结构中连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，连接各墙肢的梁已类似于一般的框架梁，因此，不应在计算的总信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁的要求进行设计，控制混凝土受压区高度，按强剪弱弯、强柱弱梁的要求进行设计。
(5)角部剪力墙上开设转角窗，洞口附近应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，并应采取有效的加强措施：如洞口宽度不宜过大，连梁高度不宜过小，沿墙肢全高设置约束边缘构件，加强转角梁的配筋等。
(6)要充分利用梁、墙等构件可任意偏心布置的特点，尽可能避免近距离的轴线和节点，以提高计算精度，同时，也便于施工。
六、结束语
综上所述，随着小高层建筑的逐渐发展和人们对住宅使用功能要求的逐步提高,由于短肢剪力墙结构可以灵活布置,墙肢可长可短,可落地也可带转换层,房间内不会出现露梁露柱的现象,且短肢剪力墙的抗震性能也优于异形柱剪力墙结构,因此在设计中根据其受力的特点,充分掌握和了解其受力特点和破坏机理后,并选择合理的布置形式,正确掌握计算分析方法,它将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。
参考文献
[1]于群.小高层住宅中短肢剪力墙结构的设计应用[J].中国科技信息,2005.(19A)
[2] 邝超民．短肢剪力墙结构分析与设计[J]．广东建材，2008(2)：81～82．