小议短肢剪力墙结构的设计与计算方法
摘要：现代住宅设计要求开间大，平面及房间布局灵活、方便，而且室内不能见柱楞、不露梁等。在现行的国家规范或设计规程中还没有给出有关异形柱和短肢剪力墙结构设计的标准，因此，工程设计人员在设计中常常无标准可循，这就需要设计人员拥有长期的经验积累，利用正确的经验进行设计。现通过对短肢剪力墙结构设计中的相关要素的分析，以期能够为结构设计人员提供一些参考。
关键词：异形柱；短肢剪力墙；结构设计
随着人们对住宅特别是高层住宅平面与空间使用功能的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁、露柱，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。于是，在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式，即“短肢剪力墙结构”型式。这种新的结构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，受到了工程设计人员的肯定，并更得到了广大住户与房屋开发商的欢迎。
1 短肢剪力墙结构与异形柱结构的简要介绍
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，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型等。
对短肢剪力墙结构的设计计算，应考虑其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同。可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆-系簿壁柱空间分析程序使用较早、较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙应该用空间杆-墙组元程序进行校核。
2 短肢剪力墙的优点
短肢剪力墙既保留了异形柱不凸出墙面的优点，又克服了异形柱框架抗震性能不理想等缺点。由于住宅需求的增加和用于建造住宅的土地供应紧张，高层住宅的建造成为众多开发商的首选。与普通的剪力墙相比短肢剪力墙门窗洞口更大，可以较好地满足住宅建筑的采光与通风要求，增加使用面积，造价更低，且结构自重更小。这种结构体系通常都是利用中部的竖向通道区设置较多的剪力墙，共同组成一个较为完整的或基本完整的筒体。也可以将由竖向交通区所构成的混凝土筒设置在结构外边，而靠中间的楼梯间可用混凝土剪力墙构成一个相对完整的半开放的筒体。这一部分的结构布置与建筑平面的划分较容易达成一致，易于实现；至于外围部分，可以根据建筑的要求而定。因为住宅建筑对平面的划分要求比一般的商业建筑、办公建筑以及旅馆建筑要求更高，房间的顶板不宜有梁，墙角不宜有柱子突出，所以住宅建筑通常都在核心筒的外围布置混凝土剪力墙。而且，短肢剪力墙在建筑上起到对建筑平面的分隔作用，在结构上既可以承受竖向荷载，又可以抵抗水平地震的破坏力。
3 短肢剪力墙结构及其计算
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。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在进行异形柱结构设计时，除满足高规中对结构布置要求外，还应注意几个方面的问题：
（1）异形框架的计算。
由于其截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平截面假定分析，按砼设计规范计算，特别是在框——剪，框——筒结构中，对6度及其以下烈度区的Ⅰ、Ⅱ类场地，框架柱只承担水平风载的一小部分，如按一般偏压柱计算，误差较小。此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴方向，则翘曲应力不容忽视，按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，决定内力和配筋位置及大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。现在有一些软件没有异形柱截面形式，如要用它进行计算，要先进行等刚度等面积换算成矩形柱，进行整体分析，得到双向内力后再进行异形柱的截面设计，其工作量相当大，且截面设计的可靠性不高。
（2）轴压比控制。
对框架结构，框-剪结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用，且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。
在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱的延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比要严格控制。
4 短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱
在现代高层住宅的地下室和下部几层，由于停车和商业用房需较大空间，就得通过转换层来实现。在短肢剪力墙结构中，一般都只将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支。
框支剪力墙结构当转换层位置较高时，转换层附近层间位移角及内力分布急剧突变，内力的传递仅转换层一层楼板的间接传力途径很难实现；转换层下部的’框支’结构易于开裂和屈服，转换层上部几层墙体易于破坏。这种结构体系不利于抗震。高烈度区（９度及９度以上）不应采用；８度区可以采用，但应限制转换层设置高度，可考虑不宜超过３层；７度区可适当放宽限制。因此，建议在６度抗震设防区，短肢剪力墙结构中转换层设置高度不宜超过５层，避免高位转换。
规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱。框支剪力墙结构当转换层位置较高时，如何定义框支柱，涉及到安全与经济的问题。根据圣维南原理，局部处理的影响只限于局部范围，所以当转换层位置较高（如高位转换）时，除转换层附近楼层的内力较复杂外，下面的结构受到的影响很小，应与普通框架结构基本一样，不必按框支柱处理。
5 短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计
建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应产生时，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震力度作用下短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢截面面积小而且承受的竖向荷载较大，因此遭受破坏严重，尤其是“一”字形小墙肢遭受的破坏会最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，就会使连梁受剪破坏的可能性增加。所以，在短肢剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节更应强化设计和强化抗震构造。
