摘要:短肢剪力墻結構是一個結構領域的名詞，確切的應稱其為較多短肢的剪力墻結構，由于其有利于住宅建筑布置，進一步減輕了結構自重，從而降低了基礎及上部結構的造價，備受青睞應用廣泛。本文筆者對短肢剪力墻結構的定義及優點進行了簡介，闡述其布置原則，介紹常用結構分析程序的選擇，對其體系的計算結果作了分析，并作出相關探討僅供同行參考。
　　關鍵詞：短肢剪力墻；布置原則；計算分析；構造措施
　　1短肢剪力墻結構的優點
　　與常用的框架——抗震墻體系相比，框架——抗震墻體系具有受力明確、計算簡單等優點，但其柱子截面大、梁柱外露，影響美觀和使用，在平面復雜多變的情況下結構布置體系難趨合理，結構分析計算困難。而短肢剪力墻體系，墻肢和梁可隱蔽，結構布置靈活，墻的數量和肢長根據抗側力的需要而定，數量可多可少，肢長可長可短，還可通過不同的尺寸和布置以調整剛度和剛度中心的位置。
　　與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系具有如下優點:充分利用墻肢的承載能力，避免傳統剪力墻結構中墻體過長而通常為構造配筋的浪費。減輕結構自重、降低主體結構和基礎造價。結構自振周期相對加大，彌補剪力墻體系抗側剛度大，從而地震反應加大的缺點。主體結構中大多數墻肢呈受彎工作狀態。從而保證墻體具有足夠的延性；同時大多數連梁的跨高比大于2.5，保證整體剛度的同時降低連梁的自身剛度，避免連梁的剪切破壞，使連梁也具有足夠的延性。以此來彌補剪力墻體系延性的不足。
　　2短肢剪力墻結構體系的布置原則
　　2.1平面布置
　　短肢剪力墻一般用在10層～25層之間，按“高規”分類屬A級高度高層建筑。平面布置應遵守的一般要求:宜使結構平面形狀簡單、規則，剛度和承載力均勻；宜選用風荷載作用較小的平面形狀；平面長度不應過長，突出部分不應過大；不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。
　　但是，短肢剪力墻亦有以下幾個特點:在結構布置時不應采用全部墻肢均為短肢墻的結構方案，必須布置筒體，形成短肢剪力墻與筒體共同抵抗水平力的剪力墻結構。全部由短肢剪力墻構成的結構體系在地震作用下，其內力一變形曲線非常接近純框架結構。而短肢剪力墻一筒體結構在地震作用下，其內力一變形曲線和框架一剪力墻結構很類似，這是因為大多數由若干短肢剪力墻一弱連梁構成的墻片受力性能非常接近壁式框架。顯然，按純框架結構，它的允許最大高度較短肢剪力墻一簡體結構要低得多，而且不符合結構體系應有多道抗震防線的抗震設防思想。所以，短肢剪力墻結構一定要有一定數量的筒體，以短肢墻間的邊梁為第一道防線，短肢墻為第二道防線，以筒體為第三道紡線，構成一個有效的抗震設防體系。短肢剪力墻結構類似剪力墻結構，適用于小開間的民用建筑如住宅、旅館、宿舍等，在平面布置時，應注意使梁的凈跨度不要太大，否則，梁的配筋很多，結點鋼筋密集，對施工造成很大的困難，也不利于抗震。應控制剪力墻平面外的彎矩，短肢剪力墻宜設置翼緣，不宜布置與一字形短肢剪力墻單面相交的樓面梁。
　　2.2豎向布置
　　短肢剪力墻——筒體結構的豎向布置也應符合A級高度高層建筑的一般要求:高層建筑的豎向體形宜規則、均勻，避免有過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應采用豎向嚴重不規則的結構。抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度平均值不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70％，或其上相鄰三層側向剛度平均值的80％。樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80％。抗震設計時，結構的豎向抗側力件宜上下連續貫通。剪力墻沿豎向宜連續分布，上到頂下到底，中間樓層不宜中斷。墻厚度沿豎向應逐漸減薄，在改變截面厚度時不宜變化太大。厚度改變與混凝土強度等級的改變宜錯開樓層，避免結構剛度突變。
　　3短肢剪力墻結構的計算分析
　　3.1設計軟件
　　短肢剪力墻結構的內力和位移計算，目前應用最多的有兩類:
　　1）以薄壁桿理論為基礎的軟件如TAT，TBSA；
　　2）以墻元理論為基礎的軟件如SATWE，SSW，TUS2000等。
　　在設計時，應根據具體情況選擇合適的軟件進行計算，必要時，還應進行多軟件的分析比較。在TAT，TBSA中，只需將剪力墻輸入即可，而且適合用來計算短肢剪力墻結構。TAT，TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度，考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內剛度無限大，假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高，運算速度較墻元模型的軟件快很多。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結構布置復雜時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當結構布置復雜時變形不協調。而短肢剪力墻結構由于肢長較短，本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT，TBSA計算短肢剪力墻結構也能較好地反映結構的受力，精度較高。對設有轉換層的短肢剪力墻結構，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和少部分剪力墻落地，基余剪力墻采用框支。框支剪力墻是受力面向受力點過渡，由于薄壁桿件的連續處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續和力的正確傳遞。因此，帶有轉換層的短肢剪力墻結構宜優先采用墻元模型軟件進行計算。目前軟件并不能做出對這個問題的判斷，這就要求設計人員獨立進行判斷。
　　判斷方法有兩種:
　　①利用軟件輸出的基本振型下的底層內力，復核筒體和一般剪力墻的地震傾覆彎矩是否不小于50％結構總底部地震傾覆力矩；
　　②計算結構的剛度，判斷結構的底層側移剛度中筒體和一般剪力墻在結構總側移剛度中所占的比例。
　　3.2短肢剪力墻結構體系計算結果分析、判斷和調整采用軟件對短肢剪力墻結構體系計算后，應對計算結構進行如下分析、判斷和調整。
　　地震作用采用振型分解反應譜法分析，目前，住宅建筑設計的平面和立面往往不規則，宜考慮扭轉耦聯影響，應根據振型有效質量系數是否大于90％來確定振型數。計算地震作用時，其第一周期對短肢剪力墻結構一般應控制T1=0.04N～0.08N(N為結構計算層數)。
　　剪重比是反映結構承受地震作用大小的指標之一，地震力計算不能偏大，但也不能太小。由于短肢剪力墻本身抵抗地震的能力較差，如果短肢剪力墻分配的地震力太大，則很有可能不滿足要求。
　　軸壓比是體現墻肢抵抗重力荷載代表值作用下的能力。抗震設計時，各層短肢剪力墻軸壓抗震等級為一級，二級，三級時分別不宜大于0.5，0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應降低0.1。
　　在進行短肢剪力墻結構整體設計時，主要是對剛度要求的控制。房屋的層間位移與層高比及質點位移與總高之比等，指標規范中均有明確的規定。在6度區，當位移角較小時，一般剪力墻結構位移比可適當放寬，短肢剪力墻部分的位移要求應從嚴控制；同時還應加強頂層設計，在頂層端開間內、外墻處，應考慮溫度作用下的變形影響，適當加大頂層墻體的水平及豎向配筋數量。
　　計算時應考慮小塔樓(電梯機房、屋頂水箱)的鞭梢效應，出屋面短肢剪力墻應相應提高其強度和延性。
　　3.3關于構造措施
　　短肢剪力墻結構中的短肢墻受力以承擔豎向荷載為主，承擔水平荷載為輔。因此，當短肢剪力墻較多時，潛在的危險有兩方面:
　　①在剪力墻筒體出現問題以后，很弱的短肢剪力墻沒有足夠的延性和承載力，可能隨之而破壞；
　　②短肢剪力墻本身在彈塑性階段抵抗豎向荷載的能力，如果短肢剪力墻失效，雖然結構仍然可以依靠其他剪力墻或井筒抵抗地震作用，但是承受豎向荷載的梁板將受到嚴重威脅，有時會發生“連續倒塌”。因此，對短肢剪力墻結構較多的剪力墻結構在進行結構分析和截面設計時，應采取比一般剪力墻結構更嚴的措施：
　　應使短肢剪力墻具有足夠的延性，抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比一般剪力墻的抗震等級提高一級。
　　為避免短肢剪力墻過早剪壞，應按高規要求提高剪力增大系數，以提高抗剪能力，實現強剪弱彎的短肢墻。為提高短肢墻在豎向荷載下的承載力，應增大縱向鋼筋的全截面配筋率，底部加強區不宜小于1.2％，其他部位不宜小于1.0％。高層短肢剪力墻結構在水平力作用下，顯現整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉剪力，因而對外周邊墻肢應加大厚度和配筋量，加強小墻肢的延性抗震性能。
　　短肢剪力墻結構的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當有扭轉效應時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，應加強其抗震構造措施，如減小軸壓比、增大縱筋和箍筋的配筋率。
　　為了確保水平力可靠傳遞，核心區樓板應適當加厚，與核心筒相連的連梁按強剪弱彎設計時，短肢墻之間的梁凈跨不宜過小。
　　總之，在短肢剪力墻結構設計中，除了合理的結構體系布置和采用合適的軟件進行計算分析外，短肢剪力墻的構造措施是結構設計中不容忽視的重要一環。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1]吳勇蘇曉韻短肢剪力墻結構設計的幾個問題探討[J]
　　[2]楊萬青高運月高層建筑短肢剪力墻結構設計探討[J]
　　[3]GB50011-22001建筑抗震設計規范[S]