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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-09-12浏览：12次
摘要：近年来，随着人们对住宅，特别是小高层及多层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。而且这种结构形式对于房屋高度不太大的小高层建筑来说,会造成刚度过大,重量增加,导致地震反应过强,使得上部结构和基础造价提高。而短肢剪力墙结构有利于住宅建筑布置，结合住宅建筑平面开问小、进深小及层高低的特点，又可进一步减轻结构自重。本文就短肢剪力墙结构设计的几个问题做一定的探讨。
关键词：短肢剪力墙，结构，设计
一、短肢剪力墙的定义及分类
短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构
1、《高规》规定短肢剪力墙是截面厚度不大于300mm，各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。
2、建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构。
3、剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。
常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。
二、结构体系的优点
(一)满足建筑功能的需要
1、墙肢与填充墙等厚，连接各墙的梁位于隔墙竖向平面内，避免框架结构中梁柱突出墙面的问题。
2、墙体采用轻质材料，符合墙体改革的方向。
3、虽然短肢墙构件增加了施工难度，但扩大了使用面积。
(二)满足结构设计的需要
1、在小高层住宅中，与常用的框架——抗震墙体系相比，框架——抗震墙体系具有受力明确，计算简单等优点，但其柱子截面大，梁柱外露，影响美观和使用，在平面复杂多变的情况下结构布置体系难趋合理，结构分析计算困难。而短肢剪力墙体系，墙肢和梁可隐蔽，结构布置灵活。墙的数量和肢长根据抗侧力的需要而定，数量可多可少，肢长可长可短，还可通过不同的尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置。
2、在小高层住宅中，与常用的剪力墙体系相比，短肢剪力墙体系具有如下优点：
2.1充分利用墙肢的承载能力，避免传统剪力墙结构中墙体过长而通常为构造配筋的浪费。
2.2减轻结构自重，降低主体结构和基础造价，尤其对于地基承载力较低的地区经济效益显著。
2.3结构自振周期相对加大，弥补剪力墙体系抗侧刚度大，从而地震反应加大的缺点。
2.4主体结构中大多数墙肢呈受弯工作状态，从而保证墙体具有足够的延性：同时大多数连梁的跨高比大于25，保证整体刚度的同时降低连梁的自身刚度，避免连梁的剪切破坏，使连梁也具有足够的延性，以此来弥补剪力墙体系延性的不足。
三、剪力墙房屋的设计要点
根据2010版《抗震设计规范》要求，对于底层框架——剪力墙结构应强调抗震概念设计以及抗震构造措施的重要性。
1、选择有利的建筑形式在抗震设计中，建筑平面应尽可能简洁、规则，结构的刚心与质心相一致，以减少地震作用下结构产生的扭转效应。剪力墙的方案布置、墙量的多少、墙片的大小应合理。由于底部框墙结构中的剪力墙属低矮墙，其抗剪刚度相对较大，如果布置的墙肢较长、平面形式复杂，很容易出现局部刚度过大，受力过于集中的现象，甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。因此在剪力墙布置方案上一定要坚持均匀、对称、周边、分散的原则，墙片不宜过长，应以墙片高宽比1.5左右为为宜，墙片平面形式不宜采用提高抗侧刚度的“Ｌ”“Ｔ”等平面形式，而是尽可能采用“一”字形。这是因为只有弱化每一单片剪力墙的刚度，才有可能实现均匀分散多道设防的目标。同时还应控制剪力墙的最大间距，以期符合规范的要求。纵向抗震墙还应在外纵轴布置开窗洞的抗震墙或剪力墙，这样大大增强横向抗倾覆的能力，避免边柱产生过大的压力和拉力。
2、建筑高度和层数的限值以往震害资料及文献的分析表明，底层框架剪力墙房屋的震害随着楼层数的增加而加剧。因此底层框架——剪力墙结构应满足高度和层数的限值。2010版《规范》规定，6，7度区22米7层，8度区19米6层。所谓房屋总高度是指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度。半地下室从室内算起，全地下室或嵌固条件好的半地下室应从室外地面算起。带阁楼的坡屋面应算到山间墙的1/2高度处。室内外高差大于6米时，房屋总高度应允许适当增加，但不超过1米。
3、底层框架柱网的设置底层应为全框架，至少应是框架形式，即在内柱纵、横轴线的内、外墙中均设柱或构造柱，且纵横两向均应形成框架形式。底部框架结构的柱网不宜过大，一般控制在7.5ｍ左右，并且框架梁上悬墙数目不应超过一道。首先从使用功能上，底框结构大多为商住楼，该跨度对应上部可分割为两开间(4.2ｍ+3.3ｍ或4.5ｍ+3.3ｍ)，(大于4.2ｍ，已为大开间，其面积比受到规范限制)，无论上部为住宅楼，还是办公楼，上述跨度对应的上部开间尺寸足以满足砌体结构所能实现的功能。而且可以控制框架梁上仅有一道悬墙。同时考虑底部框架梁横断面高度取值应控制在1／5～1／8梁跨，如果柱网过大，会使梁断面及配筋出现异常现象，而上部悬墙数目增多，更会加重这种现象。控制柱网尺寸，给出规定限值，限制框架梁上的悬墙数目，对底层框架——剪力墙结构来说非常重要。
四、短肢剪力墙结构设计应注意的问题
(1)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。目前,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。因此,在设计时,应严格控制短肢墙的轴压比,以保证短肢墙的延性。
(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)由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小,设计时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,以避免设防烈度下结构产生大的变形,同时也形成两道抗震设防。
(4)各墙肢分布要尽量均匀,使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近;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%,必要时也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置。
(5)短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢,特别是“一字形”短肢剪力墙,可出现先于与其相连的梁破坏的情况。如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂。因此,设计时应采取必要的措施,如对位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比,增大纵筋和箍筋的配筋率,加强小墙肢的延性抗震性能,避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙,以保证结构的安全性、实用性。
(6)要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ5-2010)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;当跨高比大于5时宜按框架梁进行设计。连梁的刚度变化,直接影响了结构的总体抗侧移刚度,合理地选择梁的截面和配筋,有利于提高结构的抗震性能。因此,小高层住宅短肢剪力墙结构在实际设计时,墙肢刚度可相对减小;连接各墙肢间的梁刚度不应折减。只有这样,才能使梁截面设计易于满足规范的要求,也是偏于安全的。
(7)小高层住宅在设计时,为避免连梁剪切破坏先于弯曲破坏,应满足强剪弱弯的要求;不宜采用窗下墙作为连梁,因为窗下墙高度很大,形成刚度很大的剪切块,不利于结构的抗震设计,所以,宜将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁。
《短肢剪力墙结构设计探究》
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文章名称： 短肢剪力墙结构设计探究
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