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摘要：随着市场经济的发展，住房已经实现商品化，一方面如何满足对住房的高标准的要求，另一方面要在有限的土地资源上实现开发商的最大利益，短肢剪力墙结构在适应市场经济的发展中逐渐发展起来，形成一种新的结构体系，通过几年的设计实践，作者介绍了短肢剪力墙的基本概念及优点，分析了短肢剪力墙的结构布置及特点、受力性能与结构计算、结构布置及特点、内部构造要求、并对短肢剪力墙结构中的抗震薄弱环节及概念设计进行探讨。
关键词：短肢剪力墙；结构设计；结构计算优点分析
前言
近年来随着房地产业的发展，小、中高层板式住宅越来越受到开发商和住户的青睐。为了适应建筑的要求，该类建筑的结构形式有不少采用了短肢剪力墙。在结构布置中，利用楼的电梯间、山墙和分户墙布置部分剪力墙，其余布置墙肢长度为5～8倍墙厚的短肢墙，这样的布置既能使厅和卧室中没有突出的梁和柱，又能通过调整墙体的位置，适应现代居住空间要求的大空间和灵活性，经济合理地满足抗震设防的要求，是与时俱进适应发展需求的结果。由短肢墙组成的联肢墙的变形特征介于框架和剪力墙之间，整体结构的变形特征介于剪力墙结构和框架一剪力墙结构之间。在运用现行有关规范、规程设计时，由于设计人员对该结构形式的理解不同，所采取的结构措施有不少差异。因此设计人员中应运用结构概念设计的原则，根据其受力变形特征灵活地采用恰当的抗震措施。
1、基本概念及优点
为了弥补剪力墙结构体系存在的上述缺点，以剪剪力墙构为基础，吸取框架结构的优点，使结构刚度调整到适宜，由此形成了一种结构体系—— “短肢”剪力墙结构体系。
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。和一般剪力墙相比，这种结构型式的优点在于：
（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。
（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。
（3）墙肢高宽比较大，延性较好，对抗震有利。
（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。
（5）墙肢的承载力得到了较充分的发挥。
目前，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－2002已对短肢剪力墙结构的设计做出了规定。
2、短肢剪力墙结构的布置原则
(1)短肢剪力墙主要布置在房间间隔墙的交接处，墙肢的数量要根据具体的抗侧力要求进行确定，不能过多或过少， 以免结构过刚或者过柔。
(2)短肢剪力墙应该尽量均匀布置，以保证建筑物的刚心和质心相一致，避免在地震中发生扭转。
(3)在结构布置上，要使短力墙尽量对齐拉直，使其形成成片的联肢抗侧力结构。
(4)当水平荷载较大时或者建筑物造型不规则时，应该在平面外各角点及边缘处布置短肢剪力墙来满足结构平面刚度的要求和加强结构的整体性。
(5)为了避免墙肢凸出各间隔墙表面。墙肢一般不宜过厚。
3、短肢剪力墙的受力性能与结构计算
3.1 受力性能
短肢剪力墻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α及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为3类(见图1)：
(1)满足α≥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α＜10时，In／I≤Z，为联肢墙，它的整体性不很强，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，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，按壁式框架考
虑。
其中, In=∑Airi2；I=In+Ij；Ij=∑Iji
Ai为墙肢i的面积；
Iji为墙肢i截面的惯性矩；
ri为墙肢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，所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙结构设计为α＜10，In／I≤z的联肢墙。
3.2结构设计
短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊剪力墙结构。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，只需按剪刀墙输入即可， 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～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、TB—SA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。
对设有转换层的短肢剪力墙结构，一般都只是将电梯间、楼梯问、核心筒和一少部分剪力墙落地，其余剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此，带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件(如SATWE)进行计算。当然，从整体上的内力(特别是下部支承柱的内力)分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用TAT、TBSA对结构进行整体计算的。
4、内部构造要求
短肢剪力墙结构的截面设计及构造措施，应遵循《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）中有关章节的规定进行设计。剪力墙截面的设计，应通过正截面偏心受压、偏心受拉的计算，在满足最小筋率要求的前提下，确定墙肢端部的受力钢筋，即约束边缘构件或构造边缘构件的纵筋，由斜截面抗剪计算出墙肢腹板水平分布钢筋。
在抗震设计的双肢剪力墙中，墙肢不宣出现小偏心受拉，如果双肢剪力墙中一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢会出现水平通缝而失去抗剪能力，且由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致其抗剪承载力不足，因此，应当避免墙肢出现小偏心受拉。
在一个墙肢出现大偏心受拉时，因水平裂缝较大，它承受的部分剪力也会向另一墙肢转移，这时可将另一墙肢的剪力及弯矩设计值乘以增大系数1.25，以提高其抗剪承载力。
墙体除了受弯、受剪计算外，在集中荷载作用下，还应进行局部受压承载力计算。在实际的设计工作中，除了常规的设计方法外，也可以不设置端部暗柱，受力钢筋仍然置于墙肢的端部，腹板竖向分布钢筋按设计配筋率均匀放置，将水平分布钢筋做成封闭箍筋，类似于异形柱配筋的形式，可降低施工难度，配置环形封闭水平筋并配置水平拉筋后，可增加对混凝土的约束，有利于提高混凝土墙肢的延性。
剪力墙的连梁应进行斜截面受剪和正截面受弯承载力计算。连梁的正截面配筋，按矩形截面构件计算，取上、下配筋的较大值，按对称配筋置于梁截面上、下部位。按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿全跨加密设置．对于个别连梁，因其跨度小，刚度很大，地震作用下允许连梁局部开裂，可将连梁的刚度予以折减，抗震设计的剪力墙的连梁弯矩及剪力也可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。若在内力计算时已经折减连梁的刚度，则调幅的范围应当受到限制或不再进行调幅，以避免在使用状况下连梁中裂缝开展过早、过大。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。
5、短肢冀力墙结构的抗震设计
建筑物角点处的墙肢、底部外围的小墙肢以及连梁等构件均是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。尤其是发生扭转时，建筑物外边缘和角点处的墙肢就会首先开裂；在地震作用下，对于层数较高的短肢剪力墙结构将主要发生弯曲变形，底部外围的小墙肢将破坏严重，特别是“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减少，使连梁受剪破坏的可能性增加，因此设计中，对这些薄弱环节，更应当加强概念设计和抗震构造措施。短肢剪力墙结构在平面上分布要力求均匀，使建筑物的刚度中心和质心尽量接近，以减小扭转效应；适当的增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度，加强墙肢端部的暗柱配筋量，严格控制墙肢截面的轴压比，以提高墙肢的延性和承载力。高层建筑中连梁是一个耗能结构构件，连梁的剪切破坏将会使结构的延性降低，对抗震极其不利，在具体设计工作中应对连梁进行“强剪弱弯”的验算，短肢剪力墙结构直在两个方向均有粱与之拉结，连梁宣布置在各墙肢的竖平面内，坚决避免采用“一”字形墙肢：短肢剪力墙底部加强配筋部位应当符合
相应的规范要求。
6、结束语
作为剪力墙结构体系的分支，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，因而在小高层住宅楼结构设计中已被广泛采用。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，从而做到结构设计安全、经济、适用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：短肢剪力墙；结构设计；结构计算优点分析
前言
近年来随着房地产业的发展，小、中高层板式住宅越来越受到开发商和住户的青睐。为了适应建筑的要求，该类建筑的结构形式有不少采用了短肢剪力墙。在结构布置中，利用楼的电梯间、山墙和分户墙布置部分剪力墙，其余布置墙肢长度为5～8倍墙厚的短肢墙，这样的布置既能使厅和卧室中没有突出的梁和柱，又能通过调整墙体的位置，适应现代居住空间要求的大空间和灵活性，经济合理地满足抗震设防的要求，是与时俱进适应发展需求的结果。由短肢墙组成的联肢墙的变形特征介于框架和剪力墙之间，整体结构的变形特征介于剪力墙结构和框架一剪力墙结构之间。在运用现行有关规范、规程设计时，由于设计人员对该结构形式的理解不同，所采取的结构措施有不少差异。因此设计人员中应运用结构概念设计的原则，根据其受力变形特征灵活地采用恰当的抗震措施。
1、基本概念及优点
为了弥补剪力墙结构体系存在的上述缺点，以剪剪力墙构为基础，吸取框架结构的优点，使结构刚度调整到适宜，由此形成了一种结构体系—— “短肢”剪力墙结构体系。
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。和一般剪力墙相比，这种结构型式的优点在于：
（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。
（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。
（3）墙肢高宽比较大，延性较好，对抗震有利。
（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。
（5）墙肢的承载力得到了较充分的发挥。
目前，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－2002已对短肢剪力墙结构的设计做出了规定。
2、短肢剪力墙结构的布置原则
(1)短肢剪力墙主要布置在房间间隔墙的交接处，墙肢的数量要根据具体的抗侧力要求进行确定，不能过多或过少， 以免结构过刚或者过柔。
(2)短肢剪力墙应该尽量均匀布置，以保证建筑物的刚心和质心相一致，避免在地震中发生扭转。
(3)在结构布置上，要使短力墙尽量对齐拉直，使其形成成片的联肢抗侧力结构。
(4)当水平荷载较大时或者建筑物造型不规则时，应该在平面外各角点及边缘处布置短肢剪力墙来满足结构平面刚度的要求和加强结构的整体性。
(5)为了避免墙肢凸出各间隔墙表面。墙肢一般不宜过厚。
3、短肢剪力墙的受力性能与结构计算
3.1 受力性能
短肢剪力墻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α及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为3类(见图1)：
(1)满足α≥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α＜10时，In／I≤Z，为联肢墙，它的整体性不很强，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，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，按壁式框架考
虑。
其中, In=∑Airi2；I=In+Ij；Ij=∑Iji
Ai为墙肢i的面积；
Iji为墙肢i截面的惯性矩；
ri为墙肢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，所以，综合安全与经济因素，宜把短肢剪力墙结构设计为α＜10，In／I≤z的联肢墙。
3.2结构设计
短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊剪力墙结构。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，只需按剪刀墙输入即可， 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～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、TB—SA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。
对设有转换层的短肢剪力墙结构，一般都只是将电梯间、楼梯问、核心筒和一少部分剪力墙落地，其余剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此，带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件(如SATWE)进行计算。当然，从整体上的内力(特别是下部支承柱的内力)分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用TAT、TBSA对结构进行整体计算的。
4、内部构造要求
短肢剪力墙结构的截面设计及构造措施，应遵循《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）中有关章节的规定进行设计。剪力墙截面的设计，应通过正截面偏心受压、偏心受拉的计算，在满足最小筋率要求的前提下，确定墙肢端部的受力钢筋，即约束边缘构件或构造边缘构件的纵筋，由斜截面抗剪计算出墙肢腹板水平分布钢筋。
在抗震设计的双肢剪力墙中，墙肢不宣出现小偏心受拉，如果双肢剪力墙中一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢会出现水平通缝而失去抗剪能力，且由荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢而导致其抗剪承载力不足，因此，应当避免墙肢出现小偏心受拉。
在一个墙肢出现大偏心受拉时，因水平裂缝较大，它承受的部分剪力也会向另一墙肢转移，这时可将另一墙肢的剪力及弯矩设计值乘以增大系数1.25，以提高其抗剪承载力。
墙体除了受弯、受剪计算外，在集中荷载作用下，还应进行局部受压承载力计算。在实际的设计工作中，除了常规的设计方法外，也可以不设置端部暗柱，受力钢筋仍然置于墙肢的端部，腹板竖向分布钢筋按设计配筋率均匀放置，将水平分布钢筋做成封闭箍筋，类似于异形柱配筋的形式，可降低施工难度，配置环形封闭水平筋并配置水平拉筋后，可增加对混凝土的约束，有利于提高混凝土墙肢的延性。
剪力墙的连梁应进行斜截面受剪和正截面受弯承载力计算。连梁的正截面配筋，按矩形截面构件计算，取上、下配筋的较大值，按对称配筋置于梁截面上、下部位。按斜截面抗剪计算所得的箍筋沿全跨加密设置．对于个别连梁，因其跨度小，刚度很大，地震作用下允许连梁局部开裂，可将连梁的刚度予以折减，抗震设计的剪力墙的连梁弯矩及剪力也可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。若在内力计算时已经折减连梁的刚度，则调幅的范围应当受到限制或不再进行调幅，以避免在使用状况下连梁中裂缝开展过早、过大。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高。
5、短肢冀力墙结构的抗震设计
建筑物角点处的墙肢、底部外围的小墙肢以及连梁等构件均是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。尤其是发生扭转时，建筑物外边缘和角点处的墙肢就会首先开裂；在地震作用下，对于层数较高的短肢剪力墙结构将主要发生弯曲变形，底部外围的小墙肢将破坏严重，特别是“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减少，使连梁受剪破坏的可能性增加，因此设计中，对这些薄弱环节，更应当加强概念设计和抗震构造措施。短肢剪力墙结构在平面上分布要力求均匀，使建筑物的刚度中心和质心尽量接近，以减小扭转效应；适当的增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度，加强墙肢端部的暗柱配筋量，严格控制墙肢截面的轴压比，以提高墙肢的延性和承载力。高层建筑中连梁是一个耗能结构构件，连梁的剪切破坏将会使结构的延性降低，对抗震极其不利，在具体设计工作中应对连梁进行“强剪弱弯”的验算，短肢剪力墙结构直在两个方向均有粱与之拉结，连梁宣布置在各墙肢的竖平面内，坚决避免采用“一”字形墙肢：短肢剪力墙底部加强配筋部位应当符合
相应的规范要求。
6、结束语
作为剪力墙结构体系的分支，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，因而在小高层住宅楼结构设计中已被广泛采用。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，从而做到结构设计安全、经济、适用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。