短肢剪力墻

對(duì)于12～16層的小高層建筑結(jié)構(gòu)，采用既可以保證結(jié)構(gòu)的剛度、位移，又可以使室內(nèi)空間方正合理。所以短肢剪力墻結(jié)構(gòu)得以普遍應(yīng)用。短肢剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結(jié)構(gòu)。但比框架結(jié)構(gòu)的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)導(dǎo)致的豎向位移差別，也比框剪結(jié)構(gòu)小，則傳基礎(chǔ)荷載更均勻、合理。

1、短肢墻與異形柱的區(qū)別

截面尺寸：

柱：H/B < 4；（單肢）

異形柱：H/B < 4；（一般柱肢數(shù)≤兩肢）

短肢剪力墻：4 ≤ H/B ≤ 8； （墻肢數(shù)≤兩肢）

剪力墻：H/B > 8。（不限）

當(dāng)有大于兩肢的短肢墻或異形柱時(shí)，盡管各肢的長(zhǎng)寬比符合要求，也宜按墻輸入、設(shè)計(jì)。

2、短肢墻與異形柱的設(shè)計(jì)區(qū)別：

異形柱：軸壓比（按框架柱）、剛度（梁考慮剛域）、配筋（雙偏壓）、構(gòu)造（按異形柱規(guī)程）。

短肢墻：軸壓比（按剪力墻）、剛度（墻輸入、采用殼元或薄壁桿元）、配筋（按剪力墻）、構(gòu)造（按高規(guī)的短肢墻構(gòu)造）。弱短肢剪力墻（截面高厚之比小于4的墻肢）：高規(guī)7.2.5條文規(guī)定了不宜采用墻肢截面高度與厚度之比小于為4的剪力墻；當(dāng)其小于4時(shí)，其在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比，抗震等級(jí)為一級(jí)（9度）、一級(jí)（7、8度）、二級(jí)、三級(jí)時(shí)分別不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。

短墻（截面高度之比不大于3的墻肢） ：高規(guī)7.2.5條文和抗震規(guī)范6.4.9條文規(guī)定剪力墻的截面高度與厚度之比不大于3時(shí)，應(yīng)按柱的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，底部加強(qiáng)部位縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)小于1.2%，其它部位不應(yīng)小于1.0%，箍筋應(yīng)沿全高加密。

3、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震加強(qiáng)

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比高規(guī)4.8.2規(guī)定的剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí)采用。(新規(guī)范已經(jīng)取消)

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比，抗震等級(jí)為一、二、三時(shí)分別不宜大于0.45、0.50和0.55；對(duì)于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應(yīng)降低0.1。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，除底部加強(qiáng)部位應(yīng)按高規(guī)7.2.10條調(diào)整剪力設(shè)計(jì)值外，其它各層短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，一、二級(jí)抗震等級(jí)應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位一、二級(jí)不宜小于1.2%，三、四級(jí)不宜小于1.0%；其它部位一、二級(jí)不宜小于1.0%，三、四級(jí)不宜小于0.8%。（見《高規(guī)》JGJ3-2010 7.2.2）

短肢剪力墻截面厚度，底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于200mm，其他部分不應(yīng)小于180mm。（見《高規(guī)》JGJ3-2010 7.2.2）

7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻宜設(shè)置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側(cè)相交的樓面梁。

高規(guī)7.2.1條文規(guī)定了帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25。

4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的混合設(shè)計(jì)討論

混合的結(jié)構(gòu)類型，給設(shè)計(jì)來混淆，雖然不提倡，但是實(shí)際工程確實(shí)不時(shí)遇到。典型案例：下部是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，上部是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

該結(jié)構(gòu)類型的判斷基于以下方面：

>；短肢墻被下部托梁抬起，上下不連續(xù)，結(jié)構(gòu)整體變形特征不符合短肢剪力墻（框剪）結(jié)構(gòu)的形式。

>；控制短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的傾覆彎矩失去依據(jù)，因?yàn)橐蠖讨珘ι舷逻B續(xù)，且下部短肢墻所占傾覆彎矩小于50%，此時(shí)所要求的“下部”已經(jīng)失去。

>；在加強(qiáng)區(qū)，“復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)要比“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)嚴(yán)得多。結(jié)構(gòu)的薄弱部位也是在底部轉(zhuǎn)換層區(qū)，所以這類結(jié)構(gòu)應(yīng)該按“復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)”來設(shè)計(jì)。

>；轉(zhuǎn)換層上部剪力墻應(yīng)按框支剪力墻結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)置加強(qiáng)鋼筋。

>；對(duì)于非加強(qiáng)區(qū)部位的短肢墻設(shè)計(jì)，可以參考“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”的要求，適當(dāng)加強(qiáng)構(gòu)造。當(dāng)然，也可以按短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)。

一．工程概況

北京某工程，主體結(jié)構(gòu)地上15層地下2層，建筑總面積14400㎡，開發(fā)商為了降低成本，要求設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并要求在滿足安全和使用的前提下，主體結(jié)構(gòu)用鋼量控制在60kg/㎡以內(nèi)，為了滿足開發(fā)商的要求，設(shè)計(jì)作了以下兩個(gè)方案的比較，并從中優(yōu)選出最優(yōu)方案

二．方案一：采用普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)

本方案的特點(diǎn)是依據(jù)建筑平面布局設(shè)置鋼筋混凝土抗震墻，對(duì)較長(zhǎng)的墻開結(jié)構(gòu)洞將其分為聯(lián)肢墻，使各墻段的剛度均勻，由于抗震墻較多，可以構(gòu)成整體抗側(cè)力很強(qiáng)的體系，對(duì)較高建筑抗震特別有利。但若房屋高度不大，反而會(huì)造成因剛度過大而招致較大的地震作用，而且造價(jià)也會(huì)增大，并非是理想的方案。

本方案內(nèi)力計(jì)算采用SATWE高層程序，計(jì)算結(jié)果列于附表1中。

三．方案二：短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)

近年來隨著人們對(duì)住宅，特別是小高層及多層住宅平面布置空間的要求越來越高，原來普通框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對(duì)住宅空間的要求。于是經(jīng)過不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，以剪力墻為基礎(chǔ)，并吸取框架的優(yōu)點(diǎn)，逐步發(fā)展而形成一種能較好適應(yīng)小高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系，即所謂“短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）”結(jié)構(gòu)體系。

“短肢”剪力墻仍屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系，只不過是采用較短的剪力墻肢（短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻），而且通常采用T形、L形 、]形、 形等。當(dāng)這些墻肢截面高度與墻厚之比小于等于3時(shí)，它已接近于柱的形式，但并非是方柱，因此稱之為“異形柱”。故從廣義角度講，宜將這種結(jié)構(gòu)體系稱之為“短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻結(jié)構(gòu)體系）”。另外所謂”筒體”就是以樓電梯間所組成的鋼筋混凝土核心筒；所謂“一般剪力墻”就是指墻肢截面高度與墻厚之比大于8的剪力墻。

這種結(jié)構(gòu)體系當(dāng)時(shí)（2001年）無國(guó)家規(guī)范，但在我國(guó)南方應(yīng)用較多，設(shè)計(jì)主要參考天津市標(biāo)準(zhǔn)“大開間住宅鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范”（DB29-16-98）及廣東省標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋混凝土異形柱設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ/T15-15-95）。

當(dāng)然《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）中已對(duì)短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)體系有了設(shè)計(jì)要求。

本方案的特點(diǎn)：結(jié)合建筑平面、利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，剪力墻的數(shù)量可多可少，剪力墻肢可長(zhǎng)可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置；由于減少了剪力墻數(shù)量，而代之以輕質(zhì)填充墻，不僅房屋總重量可以減輕，同時(shí)也可適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使地震作用減小，這不僅對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有利，而且對(duì)結(jié)構(gòu)抗震較為有利，同時(shí)也可降低工程造價(jià)，還可加快施工進(jìn)度.這種結(jié)構(gòu)體系通常視建筑平面及抗側(cè)力的需要，將中心豎向交通區(qū)處理成為筒體，以承受主要水平力。

對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿-系薄壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，我認(rèn)為采用三維空間桿-墻組元分析方法計(jì)算模型更加符合實(shí)際情況，計(jì)算精度較高。本方案內(nèi)力分析采用三維空間有限元分析軟件SATWE程序計(jì)算。

從以上兩種方案計(jì)算結(jié)果分析可以看出，無論是結(jié)構(gòu)受力還是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，第二方案均優(yōu)于第一方案

另外對(duì)有底部大空間要求的轉(zhuǎn)換層剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)范要求轉(zhuǎn)換層上.下層的剛度比盡量接近1，抗震設(shè)計(jì)時(shí)小于2。通常設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足此要求，增加轉(zhuǎn)換層以下層的剪力墻數(shù)量（面積）是最有效和最合理的，但這往往受到限制，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)所產(chǎn)生的效果比較有限，因此設(shè)計(jì)中只能通過減小轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻數(shù)量（面積）來達(dá)到減小上部抗側(cè)剛度的目的，而減少上部剪力墻面積的有效方法之一就是將上部剪力墻設(shè)計(jì)成短墻肢。這樣既能有效的減小上部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，又能減輕結(jié)構(gòu)自重及地震力作用，達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目的。

四，在設(shè)計(jì)有關(guān)短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意的一些問題

由于短肢剪力墻抗震性能差，在地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選則適合的計(jì)算軟件，合理地選則計(jì)算分析方法，確定計(jì)算模型和相關(guān)參數(shù)，并加強(qiáng)對(duì)計(jì)算結(jié)果合理性判斷，特別要加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)。對(duì)一些不利部為加強(qiáng)構(gòu)造措施，在符合規(guī)范要求的情況下，短肢墻是沒問題的。這就好比純框架結(jié)構(gòu)，對(duì)地震來說也是不利的結(jié)構(gòu)形式，但大家不也一直在用。所以任何一種結(jié)構(gòu)體系都有它的適用范圍，只要我們能合理設(shè)計(jì)，安全應(yīng)該沒問題。

1．高層點(diǎn)（板）式住宅采用短肢抗震墻結(jié)構(gòu)體系，只要抗側(cè)力構(gòu)件布局合理仍然是比較理想的一種結(jié)構(gòu)體系，但在地震區(qū)，高層建筑中，剪力墻不宜過少，墻肢不宜過短，因此不應(yīng)設(shè)計(jì)僅有短肢剪力墻的高層建筑，要求設(shè)置剪力墻筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（一般剪力墻）共同抵抗水平力的結(jié)構(gòu)。

2．短肢墻的布置合理、對(duì)稱、均勻、力求質(zhì)量中心與剛度中心重合，短肢墻布置應(yīng)以T形、L形 、]形、 形為主，這樣可增加短肢墻抗扭和出平面外穩(wěn)定。

3.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，會(huì)加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，因此應(yīng)加墻其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比、增加縱筋和箍筋的配筋率。

4．主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)筒體（或長(zhǎng)墻）一般利用樓、電梯間，但要注意剛度的均衡性，不要集中在一處布置使建筑產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時(shí)筒體要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過小，要使筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%，形成多道抗震防線，為了確保水平力可靠傳遞，核心區(qū)樓板適當(dāng)加厚，與核心筒相連的連梁按強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)，短肢墻之間的梁凈跨不宜過?。ㄒ话闳?~6M），使其具有一定的耗能作用。

5．短肢墻受力以承擔(dān)豎向荷載為主，承擔(dān)水平荷載為輔，其截面尺寸要適當(dāng)，墻肢截面高度與厚度之比宜在5~8左右為好，且墻厚不小于200MM，當(dāng)墻肢截面高度與厚度比小于等于3時(shí)，應(yīng)按柱的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，短肢墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比，抗震等級(jí)為一、二、三時(shí)分別不宜大于0.5、0.6、0.7。對(duì)于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，因其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應(yīng)降低0.1。

6.短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí)采用，主要目的是從構(gòu)造上改善短肢剪力墻的延性。

7.對(duì)于短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值，不僅底部加強(qiáng)部位應(yīng)按規(guī)范調(diào)整，其他各層也要調(diào)整，一、二級(jí)抗震等級(jí)應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2，主要目的是避免短肢剪力墻過早剪壞。

8.抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻截面的縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。

9．各短肢墻應(yīng)盡量對(duì)齊、拉直，使之與連梁一起構(gòu)成較規(guī)則且連續(xù)均勻的抗側(cè)力片。并且每道短肢墻宜有兩個(gè)方向的梁與之連接。

10．短肢墻的數(shù)量可多可少，肢長(zhǎng)可長(zhǎng)可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可以通過不同尺寸和布置調(diào)整剛度和剛度中心位置。

11．短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）結(jié)構(gòu)體系，電算分析力學(xué)模型建議采用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系考慮，各部位宜取兩種力學(xué)模型分析結(jié)果的不利工況，短肢墻之間的梁應(yīng)根據(jù)跨高比的不同分別按連梁、框架梁計(jì)算內(nèi)力和配筋，（既一般情況下當(dāng)短剪力墻洞口形成的跨高比小于5的連梁，應(yīng)按連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)跨高比不小于5時(shí)，宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)），短肢墻仍屬于剪力墻的范疇，配筋可采用一般剪力墻的計(jì)算方法，但是對(duì)于長(zhǎng)寬比小于3的短肢墻則必須按柱的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。注意整體計(jì)算需考慮填充墻對(duì)建筑基本自振周期影響，折減系數(shù)可取0.8~0.9

12. 由于外墻面鋼筋混凝土短墻肢之間填充墻與鋼筋混凝土墻的變形模量不同，在二者交界處易產(chǎn)生裂縫，通常采取的措施是在做粉刷時(shí)，在二者交界面處附粘一層玻璃絲布，使應(yīng)力平緩過渡。

（1）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下稱《高規(guī)》）規(guī)定短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各肢橫截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻。（2）高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；

（3）短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。

規(guī)程相關(guān)規(guī)定：《高規(guī)》第7.1.8條規(guī)定了高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)符合一系列規(guī)定。第7.1.8條規(guī)定了B級(jí)高度高層建筑和9度抗震設(shè)計(jì)的A級(jí)高度高層建筑，不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件：抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的 50%。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的下限：當(dāng)短肢墻較少時(shí)，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的 15%～ 40%，則可以按普通剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下限規(guī)范沒有規(guī)定，用戶可以靈活掌握。

B級(jí)高度高層建筑和 9度抗震設(shè)計(jì)的 A級(jí)高度高層建筑，即使置筒體，也不能采用。

其最大適用高度比高規(guī)表4.2.2-1中剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定值適當(dāng)降低，且7度和8度抗震設(shè)計(jì)時(shí)分別不應(yīng)大于100m和60m。如果在剪力墻結(jié)構(gòu)中，只有個(gè)別小墻肢，不應(yīng)看成短肢剪力墻結(jié)構(gòu)而應(yīng)作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)處理。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，其首先應(yīng)是全剪力墻結(jié)構(gòu)。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，應(yīng)有足夠的長(zhǎng)肢剪力墻。

如果把短肢墻看成異形柱，則短肢剪力墻結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為呈框剪結(jié)構(gòu)的變形特征。

當(dāng)結(jié)構(gòu)形式符合短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式后，才能在軟件“總信息”參數(shù)的結(jié)構(gòu)體系中，定義結(jié)構(gòu)為“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”。當(dāng)采用殼元模型時(shí)，應(yīng)加細(xì)單元的劃分。（宜把默認(rèn)的2改為1）

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)有時(shí)用薄壁桿元（TAT）可能更合適。因短肢墻的模型更符合薄壁桿元模型，采用殼元?jiǎng)t有單元?jiǎng)澐植患?xì)的問題。

短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)受力分析與設(shè)計(jì)

異形柱隨著人們對(duì)住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，原來普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對(duì)住宅空間的要求。于是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上，吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式，即“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異形柱框架結(jié)構(gòu)”型式。

1 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長(zhǎng)度為厚度的5-8倍剪力墻結(jié)構(gòu)，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。

這種結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)是：

①結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；

②墻的數(shù)量可多可少，肢長(zhǎng)可長(zhǎng)可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置；

③能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡(jiǎn)單；

④連接各墻的梁，隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)，可隱蔽；

⑤根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強(qiáng)度要求。

對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，廣東省建筑設(shè)計(jì)院的廣廈CAD的SS模塊，后者如建研院的TBSSAP、SATWE，清華大學(xué)的TUS，廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣，但對(duì)墻肢較長(zhǎng)的短肢剪力墻，應(yīng)該用空間桿-墻組元程序進(jìn)行校核。

在進(jìn)行以上分析后，按《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》進(jìn)行截面與構(gòu)造設(shè)計(jì)，相對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的理論與實(shí)踐較為成熟，但這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有需要引起重視的方面。

（1）由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對(duì)較小，設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時(shí)也形成兩道抗震設(shè)防；

（2）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，會(huì)加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率；

（3）高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，顯現(xiàn)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(zhuǎn)剪力，由一些模型試驗(yàn)反映出外周邊墻肢開裂，因而對(duì)外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量，加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應(yīng)在兩個(gè)方向上均有連接，避免形成孤立的“一”字形墻肢；

（4）各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近，必要時(shí)用長(zhǎng)肢墻來調(diào)整剛度中心；

（5）高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度相對(duì)減小，連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不應(yīng)在計(jì)算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào)，使其設(shè)計(jì)內(nèi)力降低，應(yīng)按普通框架梁要求，控制砼壓區(qū)高度，其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%-80%來解決，按強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁的延性要求進(jìn)行計(jì)算。

2 異形柱結(jié)構(gòu)

異形柱結(jié)構(gòu)是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4，相對(duì)于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。

這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：

①由于截面的這種特殊性，使得墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對(duì)比相差較大，導(dǎo)致各向剛度不一致，其各向承載能力也有較大差異；

②對(duì)于長(zhǎng)柱（H/h>4）可以不考慮剪切變形的影響，控制軸壓比較小時(shí)，受力明確，變形能力較好。而對(duì)短柱（H/h<4），剪切變形占有相當(dāng)比例，構(gòu)件變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍，且屬薄壁構(gòu)件，即使發(fā)生延性的彎曲形破壞，也因截面曲率M/EI或εcu/χ（εcu為砼的極限壓應(yīng)變，χ為截面受壓區(qū)高度）較小，使彎曲變形性能有限，延性較差；

③異形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范圍之外，受力時(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力，這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，而該剪應(yīng)力的存在，使柱肢易先出現(xiàn)裂縫，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài)，它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯；

④特別是異形柱不同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況，其延性更差。由國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)資料和理論分析[2]，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等，影響其破壞形態(tài)的因素有：荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長(zhǎng)比（剪跨比），配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復(fù)雜，設(shè)計(jì)中必須通過可靠的計(jì)算和必要的構(gòu)造措施來保證其強(qiáng)度和延性。

異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還沒有統(tǒng)一的國(guó)家規(guī)范，僅有兩部地方性法規(guī)，即廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T15-15-95和天津市標(biāo)準(zhǔn)DB29-16-98可供參考。

在進(jìn)行異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除滿足高規(guī)中對(duì)結(jié)構(gòu)布置要求外，還應(yīng)注意幾個(gè)方面的問題：

（1）異形框架的計(jì)算

由于其截面的特殊性，在柱截面對(duì)稱軸內(nèi)受水平力作用時(shí)，彈性分析計(jì)算其翹曲應(yīng)力很小，此時(shí)如同承受水平力的偏壓構(gòu)件，仍可按平截面假定分析，按砼設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算，特別是在框——剪，框——筒結(jié)構(gòu)中，對(duì)6度及其以下烈度區(qū)的Ⅰ、Ⅱ類場(chǎng)地，框架柱只承擔(dān)水平風(fēng)載的一小部分，如按一般偏壓柱計(jì)算，誤差較小。此時(shí)異形柱可用等剛度等面積代換成矩形柱后由程序進(jìn)行整體分析。而在水平力較大，且水平力作用在非主軸方向，則翹曲應(yīng)力不容忽視，按平截面假定誤差較大，則應(yīng)對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，決定內(nèi)力和配筋位置及大小。在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算時(shí)，宜選用帶有異形柱計(jì)算功能的計(jì)算軟件。有一些軟件沒有異形柱截面形式，如要用它進(jìn)行計(jì)算，要先進(jìn)行等剛度等面積換算成矩形柱，進(jìn)行整體分析，得到雙向內(nèi)力后再進(jìn)行異形柱的截面設(shè)計(jì)，其工作量相當(dāng)大，且截面設(shè)計(jì)的可靠性不高。國(guó)內(nèi)可直接進(jìn)行異形柱截面內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)的軟件有建研院的TAT、SATWE程序，廣東省建院的SS、SSW程序以及天津大學(xué)的鋼筋砼異形柱結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算程序CRSC.這些程序均用數(shù)值積分法進(jìn)行正截面配筋設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確性較高，經(jīng)過大量工程校算，能有效地滿足結(jié)構(gòu)安全性要求。

（2）軸壓比控制

對(duì)框架結(jié)構(gòu)，框-剪結(jié)構(gòu)，柱的延性對(duì)于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起著十分重要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。由試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析[3]，柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。

在高軸壓比情況下，增加箍筋用量對(duì)提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對(duì)柱的延性影響至關(guān)重要，特別是異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合，剪應(yīng)力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱，這些導(dǎo)致異形柱脆性明顯，使異形柱的延性普遍低于矩形柱，因而對(duì)異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。

在廣東規(guī)程中，其軸壓比按砼設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求減少0.05，但其適用高度較低，一般為35 m.當(dāng)高層建筑的高度進(jìn)一步加大時(shí)，其水平力的影響會(huì)愈來愈顯著，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求也愈高。由天津大學(xué)土木系對(duì)異形柱延性資料可知，影響異形柱延性的因素比普通柱要復(fù)雜，且不同的柱截面形式，如L型、T型、十字型，在相同水平側(cè)移下，其延性性能也有較大差異，因而，軸壓比控制應(yīng)參考天津規(guī)程。但天津規(guī)程的控制過于繁鎖，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，柱的縱筋與箍面的直徑還沒有設(shè)定，因而箍筋間距與縱筋直徑的比值還無法確定。為在實(shí)際工作中便于使用，可按不同的截面形式（L、T、十字型）與不同的抗震等級(jí)兩項(xiàng)指標(biāo)從嚴(yán)控制，對(duì)低烈度地區(qū)的這類結(jié)構(gòu)是能夠滿足其延性要求的。

（3）配筋構(gòu)造

在正確的結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算后，截面內(nèi)鋼筋的構(gòu)造也是保證異形柱受力性能的重要因素。由于異形柱截面的特點(diǎn)，柱肢端部會(huì)出現(xiàn)較大應(yīng)力，加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不均勻，一般越靠肢端應(yīng)力越大，對(duì)柱肢形成偏心壓力，進(jìn)一步加大肢端壓應(yīng)力。因而在異形柱配筋時(shí)，應(yīng)在肢端設(shè)暗柱，暗柱的外排鋼筋由計(jì)算而定。離端部厚度范圍內(nèi)設(shè)2Ф14的構(gòu)造縱筋，箍筋同柱，這樣可限制柱肢的砼裂縫的開展，提高異形柱局部抗壓抗剪強(qiáng)度及變形能力。柱上的箍筋不僅能抗剪，也可約束砼變形，增大其延性。異形柱由于不易形成多肢復(fù)合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直徑和加密間距來實(shí)現(xiàn)。相同配箍率下，箍筋直徑大，其延性指標(biāo)好，因而箍筋且用Ф8、Ф10，其間距可比普通柱箍筋間距小。

總之，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與異形柱框架結(jié)構(gòu)有著較大的市場(chǎng)需求，在設(shè)計(jì)中根據(jù)其受力的特點(diǎn)，充分了解其破壞的各種機(jī)理，選用合理的結(jié)構(gòu)形式，正確掌握計(jì)算機(jī)分析方法和截面配筋，其結(jié)構(gòu)才能有可靠的安全保證。

1．建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔(dān)時(shí)，這種墻體既承擔(dān)水平構(gòu)件傳來的豎向荷載，同時(shí)承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來的水平地震作用。剪力墻即由此而得名(抗震規(guī)范定名為抗震墻)。

2．剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻，因此墻體的布置必須同時(shí)滿足建筑平面布置和結(jié)構(gòu)布置的要求。

3．剪力墻結(jié)構(gòu)體系，有很好的承載能力，而且有很好的整體性和空間作用，比框架結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)力能力，因此，可建造較高的建筑物。

4．剪力墻的間距有一定限制，故不可能開間太大。對(duì)需要大空間時(shí)就不太適用。靈活性就差。一般適用住宅、公寓和旅館。

5．剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板，可以不設(shè)梁，所以空間利用比較好，可節(jié)約層高。2100433B