尚岩高淼大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司116023
摘要短肢剪力墙结构布置灵活，广泛应用于小高层住宅建筑中。本文主要对短肢剪力墙结构设的基本概念、布置原则、计算分析要点和构造要求等进行探讨，结合实例，提出建议，供设计人员参考。
关键词短肢剪力墙小高层住宅设计方法
1.短肢剪力墙结构概述
短肢剪力墙结构体系最初由结构大师容柏生院士提出。短肢剪力墙是指墙肢截面高度和厚度之比为5~8的抗震墙，墙厚通常在200mm以上，肢长在1.0~2.5米。短肢剪力墙常用截面形式有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型及“一”字型等。
2.短肢剪力墙结构体系特点
《高规》对短肢剪力墙具有明确定义:指墙肢高度与厚度之比(简称墙肢高厚比)为5~8的剪力墙。
短肢剪力墙可结合建筑平面分割布置竖向构件，不与建筑功能产生矛盾。短肢剪力墙墙肢间连梁设置与建筑分割墙内，使房间内不露梁。布置灵活，楼盖方案简单，可根据建筑平面布置普通剪力墙筒体及短肢剪力墙形成抗侧力体系，满足整体结构刚度及强度要求。短肢剪力墙结构与普通剪力墙结构相比，随着剪力墙数量减少和结构自重减轻，整体结构刚度也相应减小，可削弱地震作用，主要由受弯承载力决定破坏状态，对结构抗震较为有利。墙肢间连梁跨高比较大，以受弯破坏为主，地震作用下首先在连梁两端出现塑性铰，能起到很好的耗能作用。
短肢剪力墙的力学性能介于柱与剪力墙之间变化,变形由框架的剪切型逐渐过渡到剪力墙的弯曲型，大部分为弯剪型。弯曲型变形的剪力墙具有良好的延性，弯剪型的短肢剪力墙延性不如一般剪力墙，抗震性能也就不如一般剪力墙。为保证结构安全，应提高短肢剪力墙的抗震性能。《高规》对短肢剪力墙提出了8条抗震措施,目的就是提高短肢剪力墙的延性，例如要求在结构体系中不应采用全部为短肢剪力墙,应布置一定的筒体和一般剪力墙，并且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%，这条要求就是限制短肢剪力墙的数量，由具有良好延性的筒体和一般剪力墙占主导作用，保证整体结构具有良好的抗震性能。其它采取的措施如将短肢剪力墙抗震等级提高一级、限制墙肢轴压比、限制最小截面厚度、提高纵向配筋率、提高剪力设计值增大系数等，这些抗震措施均能有效提高短肢剪力墙的延性及抗震性能。
3.短肢剪力墙结构布置
高层住宅一般不应采用全部为短肢剪力墙的结构体系。根据建筑平面特点，通常利用中部由楼梯，电梯及管道井等形成的竖向交通区设置普通剪力墙，组成一个较完整的筒体，是整个建筑受竖向荷载和抗侧力的主要部份，外围部份的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置，在房间间隔墙的交点处，布置适量的短肢剪力墙，并在各墙肢处布置连梁将它们连接成整体。短肢剪力墙布置尚应注意以下几点原则：(1)平面布置上宜使结构的平面形状和刚度均对称，两个主轴方向的布置应协调，避免扭转带来的不利影响，使合力中心尽量与刚度中心重合，减小偏心距。(2)应利用中部的竖向交通中心设置较多的普通剪力墙，形成较为完整的筒体，作为主要抗侧力构件。(3)短肢剪力墙的总体数量要适当，应满足承载力和抗侧力要求，是结构的周期、层间位移、地震底部剪力等满足规范要求。(4)各墙肢应尽量对齐，使之与梁一起构成较规整且连续多跨的抗侧力体系。(5)在建筑平面外边缘及角点处，特别是外凸部位需要布置短肢剪力墙，以加强其整体性并满足平面刚性要求。(6)房间中间隔墙的交点上应布置一定数量的短肢剪力墙，以利于梁的支承，避免出现多级次梁，使荷载传递尽量简单、明确。(7)根据建筑功能分割，墙肢厚度不宜过大，避免突出隔墙表面，但墙肢厚度不应小于200mm，常用厚度为200mm，250mm，300mm。(8)短肢剪力墙截面形式宜根据建筑要求及房间分割形式确定，尽量选用“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型等。
4.短肢剪力墙结构的设计方法及构主要构造
短肢剪力墙墙肢厚度应大于200mm，且其抗震等级应比《高规》4.2.8条规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用。抗震等级为I、II、III级时的轴压比分别不宜大于0.5、0.6、0.7。对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。除底部加强部位应按《高规》第7.2.10条调整剪力设计值外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，I、II级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。底部加强部位的纵向钢筋配筋率不宜小于1.2％，其它部位不宜小于1.0％。
高层结构中的连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁要求，控制砼压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70~80%来解决，按强剪弱弯、强柱弱梁的延性要求进行计算。
结构布置中应避免使用独立的“—”形短墙肢。结构布置中短墙肢两个方向均有梁约束,而“一”形短墙肢平面外刚度过小，水平力作用下其承载力和延性降低很快，会先于其它构件破坏。如确实无法避免时,可取消在平面外与之相交的梁,同时减小墙肢的间距,使其形成联肢墙。
短肢剪力墙结构中的墙体一般只做到200mm厚，支承垂直于墙肢的梁时要注意局部承压验算和受力钢筋最小水平锚固段的要求，限制钢筋直径或采取其他措施。
5..工程实例
大连市小平岛住宅项目工程6#楼，地下二层，地上12层，建筑设计需要南侧大开间，采光通风良好，户型布置及日后装修改造灵活，建筑立面采用西班牙风格。考虑到建筑功能要求，结构体系采用短肢剪力墙结构，结构布置时，尽量在建筑分割墙处设置短肢剪力墙，在楼、电梯间布置普通剪力墙以形成筒体。并使剪力墙尽量对齐，使之形成联肢墙抗侧力体系。
结构计算各项参数均满足规范要求。结构自振第一周期平动系数为0.86，第二周期平动系数为1.00，第三周期为平动系数0.39。见下表楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大比值1.33，楼层层间最大位移与层高之比的最大值1/1134。其他参数指标不一一赘述。工程建成后获得了建设单位及业主的一直好评。
6.结论:短肢剪力墙结构由于能满足建筑功能及住宅品质的种种要求，布置灵活，且工程造价相对较低，深受建设单位及业主的欢迎，日渐成为小高层住宅建筑的常用结构形式。
参考文献
【1】JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程中国建筑工业出版社，2002
【2】容柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系建筑结构学报，1997(6)
【3】王亚勇，戴国莹建筑抗震设计规范疑问解答中国建筑工业出版社，2006