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摘要:短肢剪力墙结构是近年来发展迅速的一种新型结构形式，具有空间大、自重轻、布置灵活等优点，广泛应用于高层建筑当中。本文结合笔者多年实践经验，简要介绍了短肢剪力墙结构的特点,重点针对短肢剪力墙结构的受力情况及设计要求进行分析，为短肢剪力墙结构的应用提供借鉴。
关键词:短肢剪力墙；判定；受力分析；抗震
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
随着我国经济建设发展速度的加快,高层建筑的数量日益增加。人们对建筑的使用功能、面积和房间组合等提出较高要求，传统的框架结构和剪力墙结构已无法满足当前高层建筑的需要。短肢剪力墙结构作为一种新型的结构形式，能够满足各种建筑物建设的需要。它吸收了原有剪力墙结构的特点和框架结构的优点，与传统的剪力墙结构相比较，短肢剪力墙结构具有更好的经济性、且结构布置灵活，同时它的抗侧向变形性能好，可适应更高的建筑高度。但是，短肢剪力墙结构的实际应用时间不长，关于结构的受力性能、抗震性能和破坏性态等方面的研究还不够深入。因此，分析短肢剪力墙结构的受力情况和设计方法，提高短时剪力墙结构的可靠性，确保该结构能安全应用于工程当中显得很有必要。
1短肢剪力墙结构体系简介
短肢剪力墙结构体系便于利用中部竖向交通区形成较为完整的筒体，外围布置短肢剪力墙保持墙面平整，墙肢布置灵活，同时降低了建筑结构的混凝土用量，为此，应用较为广泛。短肢剪力墙结构体系具有以下特点：
1）竖向构件的布置可结合建筑平面，布置在隔墙位置处。如中心竖向交通区可处理成筒体或短肢剪力墙，基本不会与建筑使用功能相冲突，底部能与商场等服务用房相结合。
2）墙的多少和墙肢长短主要视抗侧力的需要而定，布置灵活，还可通过不同的尺寸和布置调整刚度和刚心的位置。可供选择的方案较多，较易处理楼盖的支承。
3）连结各墙的梁，亦随墙肢位置而位于间隔墙竖平面内，属于隐蔽型的。
4）利用部分轻质砌体代替剪力墙，房屋总重量可以减轻，加快施工速度，还可减轻地震时结构所受的地震作用。
5）墙肢高宽比大，延性较好，破坏时多以弯曲破坏类型为主。连梁跨高比较大，地震作用时首先在弱连梁两端出现塑性铰，耗能作用很好。
2短肢剪力墙的判定
常见的短肢剪力墙有“T”型、“L”型、“Z”型、“［”型、“十”字型、“一”字型和折线型等。目前常见的短肢剪力墙的判定有如下几种：
1）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—011，以下简称高规）的定义：短肢剪力墙是指墙肢截面肢高厚比为5～8的剪力墙。
2）定义为：短肢剪力墙是指肢高厚比为4～6的剪力墙，是介于异性框架柱（肢高厚比为2～4）和一般剪力墙（肢高厚比大于6）之间的一种剪力墙。
3）目前结构设计常用的ＳAＴＷＥ软件判定的原则为：小于等于两肢相连且都满足短肢要求的剪力墙才是短肢剪力墙。
4）建议，剪力墙的厚度不小于H／15，不小于300mm且長度大于2000mm，可不按短肢剪力墙考虑。
5）《北京市建筑设计技术细则－结构专业》规定：当墙肢截面高厚比虽满足5～8，但墙肢两侧均与跨高比≤2.5的较强连梁相连时或有翼墙相连的短肢墙（翼墙长度不小于墙厚的3倍）时，可不作为短肢墙。
6）《全国民用建筑工程设计技术措施－结构体系》规定：当墙肢厚度不小于层高的1／12且不小于400mm时，即使墙肢截面高厚比在5～8之间，也不应判定为短肢剪力墙［8］。考虑到短肢剪力墙的抗震性能差，但如果对其采取加强措施，例如在其两端布设刚度较大的构件约束或对底部进行加厚处理，则其刚度和稳定性可大大提高，从而改善其抗震性。综合以上观点，可提出以下短肢剪力墙的判断意见：对于“一”字型剪力墙，一般情况下墙肢长厚比为5～8时属于短肢剪力墙，但若两端都有跨高比不大于2.5的强连梁而形成连肢墙，则可不视为独立的短肢剪力墙；对于两肢的Ｌ型、Ｔ型剪力墙，只要有一肢墙的高厚比大于8，就可不视为短肢剪力墙；对于三肢及以上剪力墙，当翼墙长度不小于墙厚的3倍时，不管墙肢长厚度比是否大于8，均视为普通剪力墙；对于高层结构底部剪力墙加厚的情况，当剪力墙厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm时，即使墙肢截面高厚比在5～8之间，也不考虑为短肢剪力墙。
3短肢剪力墙结构的判定
根据《高规》规定：高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。可见，在《高规》中短肢剪力墙结构并未被划分为1种单独的结构类型，而仅是剪力墙结构的1种特殊形式—“短肢剪力墙较多的剪力墙结构”，可简称为“短肢剪力墙结构”。对于“较多”一词，规程没有给出具体的量化标准。
1）《全国民用建筑工程设计技术措施－结构体系》200９版规定，一般情况下当剪力墙结构中所有短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构底部总地震倾覆力矩的40％～50％时可认定为短肢剪力墙结构。
2）广东省实施的《高规》补充规定指出，具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构指短肢墙的截面面积占剪力墙总截面面积50％以上。
3）《北京市建筑设计技术细则－结构专业》2004版规定：当高层由短肢剪力墙负荷的楼面面积与全部楼面面积之比超过50％时，应定义为短肢剪力墙较多的结构。并规定抗震设计时筒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总底部地震倾覆力矩的50％，任一层短肢剪力墙承受的水平剪力不应小于基底剪力的20％。
4）《上海超限高层建筑工程抗震设计指南》认为，当短肢剪力墙截面面积比例大于20％时属于短肢剪力墙结构。
4 短肢剪力墙结构的受力分析及设计
4.1受力性能
剪力墙根据整体性系数α及墙肢沿高度上弯矩的变化，可分为3种类型，如图1所示。
图1 水平荷载作用下的弯矩图
1）满足α≥10，ζ≤［ζ］时，为整体小开口墙，墙上洞口面积较小，抗侧刚度大，整体性很强，墙体截面变形近似符合平截面假定，各楼层墙肢不出现反弯点，变形以弯曲变形为主。
2）满足α＜10，ζ≤［ζ］时，为连肢墙，墙体沿竖向开有一系列较大洞口，整体性不是很强，剪力墙截面变形不再符合平截面假定，墙肢不出现或很少出现反弯点，变形仍以弯曲变形为主。
3）满足α≥10，ζ＞［ζ］时，墙上洞口较大，墙肢和连梁形成框架梁柱。结构的梁、柱刚度比大，整体性很强，墙肢大多出现反弯点，按壁式框架考虑。
其中，α为剪力墙的整体性系数，表示连梁与墙肢抗弯刚度的比值，α越大，表面连梁对墙肢的约束越小，结构整体性越好。ζ为肢强系数，定义为ζ＝In／I。其物理意义可用图2所示的矩形截面双肢截面墙的组合截面进行说明。
图2 矩形截面双肢剪力墙的组合截面
I＝In＋Ii为组合截面的惯性矩；In＝ΣAir2i是所有墙肢截面对组合截面形心Ｏ的二次面积矩之和；IJ＝ΣIJi是所有墙肢的截面惯性矩之和。因此肢强系数表达式为
ζ＝In/I＝ΣAir2IΣAir2i＋ΣIJi （1）
当墙肢截面为矩形或翼缘宽度固定时，ζ越小，墙肢越强。
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，所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙设计为α＜10，ζ≤［ζ］的连肢墙。
4.2短肢剪力墙的布置
1）短肢剪力墙按照均匀、分散、对称、周边的原则进行布置。均匀、分散是要求每片剪力墙的抗侧刚度相近，防止个别刚度特大的剪力墙受力过于集中。对称布置，可使刚心和质心重合，避免或减少结构受到的扭矩。剪力墙靠近结构单元的周边布置，可增大房屋的外围刚度，减小结构的扭转周期。
2）高层建筑不应全部是短肢剪力墙结构。若短肢剪力墙较多，可利用中部的竖向交通中心布置较多的剪力墙，形成完整或较完整的筒体或一般剪力墙来共同抵抗水平力。
3）短肢剪力墙应布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处，以利于梁的支撑。应尽量均匀分布，使其轴向应力不相差悬殊，而且也便于支撑楼盖。
4）短肢墙的数量和长短可根据结构受力的需要来确定。可由基本自振周期来判断剪力墙布置是否合理。各短肢墙应尽量对齐、拉直，以便和连梁构成较完整的抗侧力片。当然，不能完全做到时也容许局部相互错开。
5）建筑的外凸部分、平面外边缘和角点处容易产生大的应力集中，应设置短肢墙加强其整体性，以满足平面刚性和抗扭的要求。
6）采用普通楼板时，短肢剪力墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大，否则应采用预应力樓板。
7）每道短肢墙宜与两个方向的梁相连结，连梁尽可能布置在墙肢的竖平面内，宽度一般与墙肢厚度相等。
8）在保证稳定性和施工方便的前提下，墙肢不宜过厚，尽量不凸出或少凸出间隔墙表面，以采用200mm、250mm或300mm为宜。
4.3抗震薄弱环节与改善方法
根据工程实践及试验数据，剪力墙结构的抗震薄弱位置主要包括建筑平面外边缘、角点处的墙肢、小墙肢、连梁等方面。若出现扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先断裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构会出现较大的整体弯曲变形，底部周围的小墙肢由于截面面积小且承受较大的竖向载荷，损坏较为严重。而短肢剪力墙结构中，其墙肢刚度不断减弱，导致连梁受剪破坏的可能性增加。因而，设计短肢剪力墙结构时需要对结构的薄弱部位加以强化设计和强化抗震构造控制。如结构布置时应使其刚心和质心尽量接近，以减小结构的扭转效应；严格控制墙肢截面的轴压比，以保证墙肢的承载力和延性；提高短肢剪力墙的抗震等级；各层短肢剪力墙的剪力设计值作相应调整，并保证墙截面的纵向钢筋的配筋率。抗震设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏，从而发挥好连梁作为耗能构件的作用。
5结语
短肢剪力墙结构作为一种新型的结构形式，能够满足目前高层建筑大开间、平面及房间灵活布置的需要，具有广阔的发展前景。在短肢剪力墙的实际应用过程中，应把握好结构的受力情况，结合结构的特点进行合理的布置，同时采取合理的措施强化抗震薄弱环节，从而提高短肢剪力墙结构的可靠性。
参考文献
[1] 陈彬;边风兰.小高层住宅剪力墙结构设计[J].科技创新导报,2011年第32期
[2] 刘占宗.浅谈异形柱与短肢剪力墙结构设计[J].住宅产业,2011年第05期
关键词:短肢剪力墙；判定；受力分析；抗震
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
随着我国经济建设发展速度的加快,高层建筑的数量日益增加。人们对建筑的使用功能、面积和房间组合等提出较高要求，传统的框架结构和剪力墙结构已无法满足当前高层建筑的需要。短肢剪力墙结构作为一种新型的结构形式，能够满足各种建筑物建设的需要。它吸收了原有剪力墙结构的特点和框架结构的优点，与传统的剪力墙结构相比较，短肢剪力墙结构具有更好的经济性、且结构布置灵活，同时它的抗侧向变形性能好，可适应更高的建筑高度。但是，短肢剪力墙结构的实际应用时间不长，关于结构的受力性能、抗震性能和破坏性态等方面的研究还不够深入。因此，分析短肢剪力墙结构的受力情况和设计方法，提高短时剪力墙结构的可靠性，确保该结构能安全应用于工程当中显得很有必要。
1短肢剪力墙结构体系简介
短肢剪力墙结构体系便于利用中部竖向交通区形成较为完整的筒体，外围布置短肢剪力墙保持墙面平整，墙肢布置灵活，同时降低了建筑结构的混凝土用量，为此，应用较为广泛。短肢剪力墙结构体系具有以下特点：
1）竖向构件的布置可结合建筑平面，布置在隔墙位置处。如中心竖向交通区可处理成筒体或短肢剪力墙，基本不会与建筑使用功能相冲突，底部能与商场等服务用房相结合。
2）墙的多少和墙肢长短主要视抗侧力的需要而定，布置灵活，还可通过不同的尺寸和布置调整刚度和刚心的位置。可供选择的方案较多，较易处理楼盖的支承。
3）连结各墙的梁，亦随墙肢位置而位于间隔墙竖平面内，属于隐蔽型的。
4）利用部分轻质砌体代替剪力墙，房屋总重量可以减轻，加快施工速度，还可减轻地震时结构所受的地震作用。
5）墙肢高宽比大，延性较好，破坏时多以弯曲破坏类型为主。连梁跨高比较大，地震作用时首先在弱连梁两端出现塑性铰，耗能作用很好。
2短肢剪力墙的判定
常见的短肢剪力墙有“T”型、“L”型、“Z”型、“［”型、“十”字型、“一”字型和折线型等。目前常见的短肢剪力墙的判定有如下几种：
1）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—011，以下简称高规）的定义：短肢剪力墙是指墙肢截面肢高厚比为5～8的剪力墙。
2）定义为：短肢剪力墙是指肢高厚比为4～6的剪力墙，是介于异性框架柱（肢高厚比为2～4）和一般剪力墙（肢高厚比大于6）之间的一种剪力墙。
3）目前结构设计常用的ＳAＴＷＥ软件判定的原则为：小于等于两肢相连且都满足短肢要求的剪力墙才是短肢剪力墙。
4）建议，剪力墙的厚度不小于H／15，不小于300mm且長度大于2000mm，可不按短肢剪力墙考虑。
5）《北京市建筑设计技术细则－结构专业》规定：当墙肢截面高厚比虽满足5～8，但墙肢两侧均与跨高比≤2.5的较强连梁相连时或有翼墙相连的短肢墙（翼墙长度不小于墙厚的3倍）时，可不作为短肢墙。
6）《全国民用建筑工程设计技术措施－结构体系》规定：当墙肢厚度不小于层高的1／12且不小于400mm时，即使墙肢截面高厚比在5～8之间，也不应判定为短肢剪力墙［8］。考虑到短肢剪力墙的抗震性能差，但如果对其采取加强措施，例如在其两端布设刚度较大的构件约束或对底部进行加厚处理，则其刚度和稳定性可大大提高，从而改善其抗震性。综合以上观点，可提出以下短肢剪力墙的判断意见：对于“一”字型剪力墙，一般情况下墙肢长厚比为5～8时属于短肢剪力墙，但若两端都有跨高比不大于2.5的强连梁而形成连肢墙，则可不视为独立的短肢剪力墙；对于两肢的Ｌ型、Ｔ型剪力墙，只要有一肢墙的高厚比大于8，就可不视为短肢剪力墙；对于三肢及以上剪力墙，当翼墙长度不小于墙厚的3倍时，不管墙肢长厚度比是否大于8，均视为普通剪力墙；对于高层结构底部剪力墙加厚的情况，当剪力墙厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm时，即使墙肢截面高厚比在5～8之间，也不考虑为短肢剪力墙。
3短肢剪力墙结构的判定
根据《高规》规定：高层建筑不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。可见，在《高规》中短肢剪力墙结构并未被划分为1种单独的结构类型，而仅是剪力墙结构的1种特殊形式—“短肢剪力墙较多的剪力墙结构”，可简称为“短肢剪力墙结构”。对于“较多”一词，规程没有给出具体的量化标准。
1）《全国民用建筑工程设计技术措施－结构体系》200９版规定，一般情况下当剪力墙结构中所有短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构底部总地震倾覆力矩的40％～50％时可认定为短肢剪力墙结构。
2）广东省实施的《高规》补充规定指出，具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构指短肢墙的截面面积占剪力墙总截面面积50％以上。
3）《北京市建筑设计技术细则－结构专业》2004版规定：当高层由短肢剪力墙负荷的楼面面积与全部楼面面积之比超过50％时，应定义为短肢剪力墙较多的结构。并规定抗震设计时筒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总底部地震倾覆力矩的50％，任一层短肢剪力墙承受的水平剪力不应小于基底剪力的20％。
4）《上海超限高层建筑工程抗震设计指南》认为，当短肢剪力墙截面面积比例大于20％时属于短肢剪力墙结构。
4 短肢剪力墙结构的受力分析及设计
4.1受力性能
剪力墙根据整体性系数α及墙肢沿高度上弯矩的变化，可分为3种类型，如图1所示。
图1 水平荷载作用下的弯矩图
1）满足α≥10，ζ≤［ζ］时，为整体小开口墙，墙上洞口面积较小，抗侧刚度大，整体性很强，墙体截面变形近似符合平截面假定，各楼层墙肢不出现反弯点，变形以弯曲变形为主。
2）满足α＜10，ζ≤［ζ］时，为连肢墙，墙体沿竖向开有一系列较大洞口，整体性不是很强，剪力墙截面变形不再符合平截面假定，墙肢不出现或很少出现反弯点，变形仍以弯曲变形为主。
3）满足α≥10，ζ＞［ζ］时，墙上洞口较大，墙肢和连梁形成框架梁柱。结构的梁、柱刚度比大，整体性很强，墙肢大多出现反弯点，按壁式框架考虑。
其中，α为剪力墙的整体性系数，表示连梁与墙肢抗弯刚度的比值，α越大，表面连梁对墙肢的约束越小，结构整体性越好。ζ为肢强系数，定义为ζ＝In／I。其物理意义可用图2所示的矩形截面双肢截面墙的组合截面进行说明。
图2 矩形截面双肢剪力墙的组合截面
I＝In＋Ii为组合截面的惯性矩；In＝ΣAir2i是所有墙肢截面对组合截面形心Ｏ的二次面积矩之和；IJ＝ΣIJi是所有墙肢的截面惯性矩之和。因此肢强系数表达式为
ζ＝In/I＝ΣAir2IΣAir2i＋ΣIJi （1）
当墙肢截面为矩形或翼缘宽度固定时，ζ越小，墙肢越强。
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，所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙设计为α＜10，ζ≤［ζ］的连肢墙。
4.2短肢剪力墙的布置
1）短肢剪力墙按照均匀、分散、对称、周边的原则进行布置。均匀、分散是要求每片剪力墙的抗侧刚度相近，防止个别刚度特大的剪力墙受力过于集中。对称布置，可使刚心和质心重合，避免或减少结构受到的扭矩。剪力墙靠近结构单元的周边布置，可增大房屋的外围刚度，减小结构的扭转周期。
2）高层建筑不应全部是短肢剪力墙结构。若短肢剪力墙较多，可利用中部的竖向交通中心布置较多的剪力墙，形成完整或较完整的筒体或一般剪力墙来共同抵抗水平力。
3）短肢剪力墙应布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处，以利于梁的支撑。应尽量均匀分布，使其轴向应力不相差悬殊，而且也便于支撑楼盖。
4）短肢墙的数量和长短可根据结构受力的需要来确定。可由基本自振周期来判断剪力墙布置是否合理。各短肢墙应尽量对齐、拉直，以便和连梁构成较完整的抗侧力片。当然，不能完全做到时也容许局部相互错开。
5）建筑的外凸部分、平面外边缘和角点处容易产生大的应力集中，应设置短肢墙加强其整体性，以满足平面刚性和抗扭的要求。
6）采用普通楼板时，短肢剪力墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大，否则应采用预应力樓板。
7）每道短肢墙宜与两个方向的梁相连结，连梁尽可能布置在墙肢的竖平面内，宽度一般与墙肢厚度相等。
8）在保证稳定性和施工方便的前提下，墙肢不宜过厚，尽量不凸出或少凸出间隔墙表面，以采用200mm、250mm或300mm为宜。
4.3抗震薄弱环节与改善方法
根据工程实践及试验数据，剪力墙结构的抗震薄弱位置主要包括建筑平面外边缘、角点处的墙肢、小墙肢、连梁等方面。若出现扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先断裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构会出现较大的整体弯曲变形，底部周围的小墙肢由于截面面积小且承受较大的竖向载荷，损坏较为严重。而短肢剪力墙结构中，其墙肢刚度不断减弱，导致连梁受剪破坏的可能性增加。因而，设计短肢剪力墙结构时需要对结构的薄弱部位加以强化设计和强化抗震构造控制。如结构布置时应使其刚心和质心尽量接近，以减小结构的扭转效应；严格控制墙肢截面的轴压比，以保证墙肢的承载力和延性；提高短肢剪力墙的抗震等级；各层短肢剪力墙的剪力设计值作相应调整，并保证墙截面的纵向钢筋的配筋率。抗震设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏，从而发挥好连梁作为耗能构件的作用。
5结语
短肢剪力墙结构作为一种新型的结构形式，能够满足目前高层建筑大开间、平面及房间灵活布置的需要，具有广阔的发展前景。在短肢剪力墙的实际应用过程中，应把握好结构的受力情况，结合结构的特点进行合理的布置，同时采取合理的措施强化抗震薄弱环节，从而提高短肢剪力墙结构的可靠性。
参考文献
[1] 陈彬;边风兰.小高层住宅剪力墙结构设计[J].科技创新导报,2011年第32期
[2] 刘占宗.浅谈异形柱与短肢剪力墙结构设计[J].住宅产业,2011年第05期