浙江中道建筑设计有限公司322000
摘要：短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构，具有较强的实用性，是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，具有高抗震性、灵活性等优点，逐步发展形成的能适应人们新的住宅观念的结构型式。这种新的结构体系由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，受到了设计师的肯定。
关键词：短肢剪力墙;结构设计;高层;灵活
1.短肢剪力墙结构的优点
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）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。
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。
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；同时大多数连粱的跨高比大于2.5，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。
2.短肢剪力墙的布置原则
1）短肢剪力墙结构一般可以根据建筑平面和房间分隔形式来布置墙体，尽量选用纵横刚度较一致且稳定和刚度较好的墙肢形式，如T型、L型等。未布置剪力墙的部分，除门窗洞口外，采用轻质填充墙，填充墙与剪力墙采用拉筋连接。
2）短肢剪力墙墙肢间距不宜过大，在房间中部隔墙的交点上，要布置一定数量的短肢墙，既可以利于梁的支撑，使梁的传力比较明确，避免出现多级次梁，又可以分散荷载，避免墙肢轴压比超限。
3）短肢剪力墙的总体数量要适当，避免结构太刚或太柔，要满足承载力和正常使用的要求，使结构的周期，层间位移，剪重比在规定的范围内。
4）短肢剪力墙的分布要尽量均匀，使其刚度中心和建筑物的形心尽量接近，必要时可以布置一些剪力墙或混凝土柱来调整刚度中心。
3.工程实例分析
本工程为某市一住宅小区高层住宅建筑工程。本工程建筑面积为876m2，建筑总高度为36.95m，建筑的长度为24.97m，宽度为14.3m。本工程一共有11层。其中1层到11层的层高均相同，为2.9m，而12层的层高则为2.7m。本工程采用的是短肢剪力墙结构体系，楼板采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，而墙、柱、梁均采用混凝土浇筑的方式。本工程抗震设防烈度为7度。
3.1主体结构设计
3.1.1结构选型
根据业主的要求，本工程在房间内是不允许露出柱和梁等结构构件。因此本工程可供选择的结构方案有两种，分别为短肢剪力墙结构和异形柱框架结构。如果采用异性框架柱的话，对于肢高和肢厚以及柱高和柱截面长边尺寸都有一定的规范限制，这在一定程度上限制了截面尺寸。结果计算分析，采用异形框架柱结构方案，会出现柱的轴压比超限的问题，同时其高度限制为35m，小于本工程的建筑高度36.95m，因此，本工程不适宜采用异性框架柱结构方案。而对于短肢剪力墙结构方案，经过对轴压比、侧移以及扭转等进行计算，均能满足要求，同时也符合高度限值的要求，因此本工程最终决定采用短肢剪力墙结构方案。
3.1.2结构布置
根据本工程的具体特点，在进行结构的布置时，应综合考虑承载力,要采取的措施如下。
1）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，高层剪力墙结构不应全部采用短肢剪力墙。因此，本工程在楼梯间处布置有剪力墙，并与电梯间结合在一起，从而形成短肢剪力墙―筒体结构，而在结构的其他地方，则采用小开间布置剪力墙的方式，沿着内外墙的交接处布置短肢剪力墙。
2）水平抗侧力是结构布置的一个重要方面，合理的抗侧力结构能够有效的减少结构的扭转，因此在进行水平抗侧力结构的布置时，应尽量确保均匀和对称。在进行剪力墙的布置时，为了更好的进行分析，可以采用SATWE程序进行跟踪计算，通过软件分析结果可以对剪力墙的布置效果有个很好的认识，从而对剪力墙的布置能够尽量确保结构的质量中心和刚度中心的重合。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》可以知道，A级高度高层结构在进行抗震设计时考虑偶然偏心影响的话，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移应控制在该楼层平均值的1.2倍以内，本工程经过分析将该控制值取为1.06倍。
3）剪力墙的轴压比应满足规范的要求。本工程为抗震等级为三级，按12kN/m2进行估算。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，短肢剪力墙的轴压比不得超过0.55，而一字型短肢剪力墙的轴压比不得超过0.45。墙肢的长度应为厚度的5～8倍，同时在进行布置时还应考虑门窗洞口的要求。本工程剪力墙厚度分别取为：外墙250mm，内墙200mm，而地下部分厚度取为300mm。
4）梁截面宽度的布置分别为：内墙为200mm，而外墙为250mm。梁高初步按净空的1/10进行确定。在本工程结构设计中，剪力墙数量的确定是一个非常重要的方面。如果剪力墙布置的过少的话，会导致侧向刚度偏低，从而引起侧移大的问题；而剪力墙布置过多的话，地震作用大，这又不经济。通常在进行框架―剪力墙结构的设计时，对于剪力墙的布置可以通过壁率、平均压力等指标对其数量的确定进行控制。壁率反映的是墙厚的因素，而平均压力反映的是层数、重量以及结构截面积的因素。与地震力有关的因素包括建筑的质量和结构，因此在进行壁率指标的技术时应考虑建筑高度的因素。同时采用这两个指标进行剪力墙数量的确定时，还可以适当的参考实际工程中的剪力墙数量。
3.1.3主要分析结果
在进行高层建筑结构的计算分析时，主要采用的软件为SATWE有限元分析软件，它可用来进行空间组合结构的分析，同时也可进行各种复杂体型的高层钢筋混凝土结构体系的计算。在SATWE程序分析中，是以壳元理论为基础的，剪力墙的模拟采用的是超单元墙元，这种单元同时具备平面内和平面外的刚度，因此可以较好的模拟剪力墙的受力状态。同时超单元墙元在每个节点上都具有6个自由度，因此在进行软件模拟时可以很好的与空间梁柱单元进行连接，并且不需要添加其他附加约束。采用SATWE程度对本工程的结构进行分析，采用超单元墙元模拟短肢剪力墙，而采用连梁模拟短肢剪力墙之间的梁。
在风荷载和地震荷载的作用下，结构所产生的位移变形类似于框架―剪力墙结构的弯剪变形。通过如前所示各种剪力墙相关指标的确定，短肢剪力墙的布置能够较好的满足结构位移的要求。
3.2与异形框架结构的比较
在同一小区内，其中某栋采用的结构形式为异形框架结构，将之与本工程的短肢剪力墙结构进行对比。通过计算结果的比较可以知道短肢剪力墙结构具有侧向位移小、刚度大的特点。以下将对两者的用钢量、混凝土用量以及模板用量进行对比：1）用钢量。短肢剪力墙的墙柱的用钢量为35.5kg/m2，而异形框架的墙柱用钢量则为30.7kg/m2，异形框架较为经济；梁的用钢量短肢剪力墙为3.13kg/m2，而异形框架的则为18kg/m2，短肢剪力墙大大少于异形框架。2）混凝土用量。短肢剪力墙的墙柱的混凝土用量为0.185m3/m2，而异形框架的墙柱混凝土用量则为0.081m3/m2，短肢剪力墙稍微多0.1m3/m2；梁的混凝土用量，短肢剪力墙为0.023m3/m2，而异形框架的则为0.045m3/m2，短肢剪力墙比异形框架较少。
4.结语
总而言之，短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构，具有较强的实用性，是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，具有高抗震性、灵活性等优点，逐步发展形成的能适应人们新的住宅观念的结构型式。
参考文献:
[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3一2002）中国建筑工业出版社，2014.
[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中国建筑工业出版社，2011.