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【摘 要】随着小高层住宅的发展，短肢剪力墙结构被广泛应用，本文主要从布置原则、结构计算、抗震薄弱环节设计、墙肢配筋设计、构件设计五个方面，就小高层住宅中短肢剪力墙结构体系的设计要点进行分析探讨，以确保结构设计的经济、适用及安全。
【关键词】短肢剪力墙；设计；小高层住宅
当前，小、中高层住宅建筑走俏市场，先前普通框架结构的露梁露柱及普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔在建筑功能上已不尽适用，一种新的结构体系——“短肢”剪力墙结构体系应运而生。短肢剪力墙结构体系最早由容柏生院士提出，《高规》）(JGJ3—2002)中将其定义为“指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙” 。短肢剪力墙结构与一般剪力墙结构相比，在结构布置方面更具灵活性，既克服了框架结构露梁露柱的弊端，且通过使用轻质填充墙能有效减轻结构自重，减小结构的侧向刚度，增大结构的自振周期，减小结构地震时所遭受的地震作用，经济性及适用性更高，因此当前已被广泛应用于小高层住宅楼结构设计中。但短肢剪力墙结构体系对设计要求较严，设计人员在运用现行有关规范、规程设计时，因理解不同所采取的结构措施存在诸多差异，下面，笔者结合实践经验，就小高层住宅中短肢剪力墙结构体系的设计要点进行分析探讨，以确保结构设计的经济、适用及安全。
1 短肢墙的使用及布置
短肢剪力墙常采用的结构形式主要有“L”型、“T”型、“十”型、“]”型、“Z”型、“一”型(“一”型的自身刚度及稳定性不够好，除条件限制外，一般不宜采用)，在进行布置时，应注意使结构的刚度适宜，传力路径明确，结构专业应较早地介入建筑专业的方案设计，使结构布置既能满足建筑功能的要求又能作到安全可靠，经济合理，其布置原则主要如下：1）墙体应结合建筑平面及房间分隔形式进行布置，以选用“T”型、“L型等纵横刚度较一致且稳定和刚度较好的墙肢形式为宜。当如有需要选用“一”字形时，平面外最好不布置与之单侧相交的楼面梁。未布置剪力墙部分，均采用轻质填充墙（除门窗洞口外），采用拉筋连接填充墙与剪力墙。2）短肢剪力墙的总体数量应适中，切忌结构太柔或太刚，需满足承载力及正常使用的要求，确保结构的层间位移、周期及剪重比在规定范围内。3）尽可能使短肢剪力墙分布均匀，尽量使其刚度中心及建筑物形心接近，如有必要，可设置一些混凝土柱或一般剪力墙对刚度中心进行调整。要使一般剪力墙及核心筒承受的第一振型底部地震倾覆力矩不小于结构总地震倾覆力矩的50%。在建筑专业允许的情况下，结构布置时应尽可能纵横均匀布置，使墙肢基本拉直、对齐，使之与连梁构成成片的联肢墙抗侧力结构。4）墙肢间距最好不要太大，应在房间中部隔墙的交点上设置相当数量的短肢墙，如此，既对梁的支撑有利，有效避免多级次梁的出现，又能分散荷载，避免墙肢轴压比超限。
2 受力性能及结构计算分析
2.1 受力性能。短肢剪力墙按照整体性系数 及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为以下三类：1）满足 <10时， ／ ≤ ，为联肢墙，整体性较弱，墙肢很少或反弯点，以弯曲变形为主要变形。2）满足 ≥10， ／ ≤ 时，为整体小开口墙，有较强的整体性，墙肢不出现反弯点，仍以弯曲变形为主要变形。3）满足 ≥10，但 ／ > 时，为壁式框架，有很強的整体性，结构梁、柱刚度大，墙肢多反弯点。其中， = ； = + ； = 。式中， 为墙肢的面积； 为墙肢截面形心至组合截面形心对距离； 为墙肢截面的惯性矩。
综合以上分析，因短肢剪力墙具有大洞口、小墙肢的特点，不适宜将其设计成整体小开口墙结构，此外，为确保其变形性能及墙肢受力性能比异形柱优，应尽可能避免将短肢剪力墙设计成壁式框架，所以经过综合比较，将短肢剪力墙结构设计为 <10时， ／ ≤ 的联肢墙最为适宜。
2.2 结构计算。一是选择合宜的计算软件及合理的计算分析法，二是对计算模型及相关参数进行确定，并就计算结果的合理性进行判断，尤其要加强概念设计。一般而言，因短肢剪力墙是一般剪力墙大开口而形成的，因此与普通剪力墙结构分析基本相同，均可采用空间杆一墙组元分析法或三维杆系——薄壁柱空间分析法，其中以空间杆一墙组元分析法的精度更高，更符合实际。
3 抗震薄弱环节设计
根据相关振动台模拟地震试验的结果显示，短肢剪力墙结构的抗震弱环节主要为建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围小墙肢及连梁等，主要表现为当有扭转效应时，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会先开裂；在强地震下，高层短肢剪力墙以弯曲变形为主，底部外围小墙肢因截面面积较小而受到纵向的强大荷载破坏最为严重，其中又以“一”字形小墙肢表现最为明显；因墙肢刚度相对减小，连梁受剪破坏几率增加。因此，针对以上薄弱环节，应加强概念设计及抗震构造措施，具体如下：
3.1 为减小结构的扭转效应，应尽量使短肢剪力墙的刚度中心与建筑物质心相互靠近，并对建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度进行合理调整，一般以250mm为宜，对小墙肢可用300mm，并将墙肢截面的轴压比控制在0.6以下以提高墙肢的承载力。
3.2 相较一般剪力墙的抗震等级，短肢剪力墙抗震等级应按高级别进行设计。剪力设计值除对底部位置增强设计，也要适当调整相关部位。抗震设计时截面的纵向钢筋的配筋率，底部加强部位应在1.2%以上，其余部位应在1.0%以上。
3.3 连梁为耗能构件，其剪切破坏会降低结构的延性，不利于抗震，因此为维持连粱结构的性能，设计时应注意连梁的“强剪弱弯”验算；短肢剪力墙以在两个方向均有梁与之拉结为宜，最好将连梁布置在各肢平面内，对于一字形墙肢应尽量不用。
3.4 一字形短肢剪力墙平面外切忌设计楼面梁。当诸如窗间墙等剪力墙外墙作为跨度大于6m的大梁支座时，若发生地震，可能导致梁侧剪力墙上出现竖向裂缝，若弯矩较大而剪力墙平面外刚度及承载力不足就会造成平面外的破坏，但当前一些计算软件并未给出剪力墙平面外的配筋及内力，对此设计时要特别注意，避免埋下安全隐患。
3.5 对于墙肢截面高度为厚度3～5倍的剪力墙，若按框架柱配筋设计时，应适当减小墙肢中部的主筋而加大墙肢端部的主筋，同时，箍筋配置量应满足剪力墙水平分布钢筋计算要求。
4 墙肢配筋设计
剪力墙对小高层住宅而言面广量大，因此科学合理地控制剪力墙配筋能有效提高结构安全，增加工程经济性。具体配筋设计如下：
4.1 相较于相同轴压比的框架柱，短肢剪力墙约束边缘构件配箍特征值 应提高一级，取非加强部位的短肢剪力墙及轴压比不大于0.3的短肢剪力墙，其边缘构件的构造设置应高于一般剪力墙，具体如表1所示：
4.2 一般而言，截面高度在1200～2000mm的短肢剪力墙，可统一取450 mm作为其约束边缘构件的长度；短肢剪力墙的边缘构件的纵向配筋除满足规范要求外，其纵向钢筋最小配筋率以按框架柱要求设置为宜。
4.3 短肢剪力墙的水平分布筋与竖向分布筋除根据计算确定意外，应按表2要求确定构造的最小配筋。此外，短肢剪力墙应采用双排布筋，竖向筋在内，水平筋在外，两排筋间距应小于400 mm x400mm，每根竖筋均有拉筋连结；肢长大于3倍小于等于4倍墙厚的墙肢按柱要求配筋，其外套箍兼作水平筋。
5 构件设计
5.1 短肢墙的设计。由于短肢墙仍是剪力墙的一种，因此其设计可采用一般剪力墙的设计方法，除短肢墙墙外的其他常规构件可按常规方法进行设计。
5.2 短肢墙平面内梁设计。具体分两种情况，一为按连梁设计，前提为跨高比小于5，一为按框架梁设计，前提为跨高比大于5。具体如下：1）按连梁设计。此时，梁两端与剪力墙互相连接，连梁上的内力主要由水平力产生，且内力值较大，竖向荷载对连梁的作用比较小，电算时常有超筋现象出现，所以，可以在不影响承受竖向荷载的情况下折减连梁刚度 (抗震设防烈度为8°、9°时折减系数 0.5，6°、7°时折减系数 0.7)，如此在地震作用下，能将较多的内力分配到短肢墙上，相应地连梁分配到的侧向力则减少许多。此外，由于连梁由剪力墙开洞形成，依照薄壁杆件的基本理论，梁是通过薄壁杆件及刚臂的剪心连接起来的，刚臂是人为加给梁的，这样强化了剪力墙对梁的嵌固作用，使梁的弯矩值偏大，TAT用梁单元来模拟连梁刚度偏大。采用TAT计算时常遇连梁超筋的情况，因此对于连梁，用SAT-WE的壳单元模拟较为合理。2)按框架梁设计。此时，竖向荷载作用下产生的内力所占比例较大，宜按框架梁来设计。否则，由于墙肢平面内的梁通常跨度较大，梁上的水平力和竖向力均较大，若按连梁设计，进行刚度折减后，构件会因为承载力较小过早出现塑性铰，难以满足规范对裂缝验算的要求，在计算程序的总信息中不应按连梁设计将刚度大幅下调，从而造成其设计内力降低，应按普通框架梁要求，控制混凝土受压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅20%来解决。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准．高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3—2002)[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．
[2]曲志，高贺香.小高层住宅短肢剪力墙结构设计浅谈[J].技术与市场，2008（11）：13-14.
[3]粟金利.浅谈在小高层住宅中短肢剪力墙设计应注意的问题[J].建材与装饰，2010（5）：113-114.
【关键词】短肢剪力墙；设计；小高层住宅
当前，小、中高层住宅建筑走俏市场，先前普通框架结构的露梁露柱及普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔在建筑功能上已不尽适用，一种新的结构体系——“短肢”剪力墙结构体系应运而生。短肢剪力墙结构体系最早由容柏生院士提出，《高规》）(JGJ3—2002)中将其定义为“指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙” 。短肢剪力墙结构与一般剪力墙结构相比，在结构布置方面更具灵活性，既克服了框架结构露梁露柱的弊端，且通过使用轻质填充墙能有效减轻结构自重，减小结构的侧向刚度，增大结构的自振周期，减小结构地震时所遭受的地震作用，经济性及适用性更高，因此当前已被广泛应用于小高层住宅楼结构设计中。但短肢剪力墙结构体系对设计要求较严，设计人员在运用现行有关规范、规程设计时，因理解不同所采取的结构措施存在诸多差异，下面，笔者结合实践经验，就小高层住宅中短肢剪力墙结构体系的设计要点进行分析探讨，以确保结构设计的经济、适用及安全。
1 短肢墙的使用及布置
短肢剪力墙常采用的结构形式主要有“L”型、“T”型、“十”型、“]”型、“Z”型、“一”型(“一”型的自身刚度及稳定性不够好，除条件限制外，一般不宜采用)，在进行布置时，应注意使结构的刚度适宜，传力路径明确，结构专业应较早地介入建筑专业的方案设计，使结构布置既能满足建筑功能的要求又能作到安全可靠，经济合理，其布置原则主要如下：1）墙体应结合建筑平面及房间分隔形式进行布置，以选用“T”型、“L型等纵横刚度较一致且稳定和刚度较好的墙肢形式为宜。当如有需要选用“一”字形时，平面外最好不布置与之单侧相交的楼面梁。未布置剪力墙部分，均采用轻质填充墙（除门窗洞口外），采用拉筋连接填充墙与剪力墙。2）短肢剪力墙的总体数量应适中，切忌结构太柔或太刚，需满足承载力及正常使用的要求，确保结构的层间位移、周期及剪重比在规定范围内。3）尽可能使短肢剪力墙分布均匀，尽量使其刚度中心及建筑物形心接近，如有必要，可设置一些混凝土柱或一般剪力墙对刚度中心进行调整。要使一般剪力墙及核心筒承受的第一振型底部地震倾覆力矩不小于结构总地震倾覆力矩的50%。在建筑专业允许的情况下，结构布置时应尽可能纵横均匀布置，使墙肢基本拉直、对齐，使之与连梁构成成片的联肢墙抗侧力结构。4）墙肢间距最好不要太大，应在房间中部隔墙的交点上设置相当数量的短肢墙，如此，既对梁的支撑有利，有效避免多级次梁的出现，又能分散荷载，避免墙肢轴压比超限。
2 受力性能及结构计算分析
2.1 受力性能。短肢剪力墙按照整体性系数 及墙肢延高度上弯矩的变化，可分为以下三类：1）满足 <10时， ／ ≤ ，为联肢墙，整体性较弱，墙肢很少或反弯点，以弯曲变形为主要变形。2）满足 ≥10， ／ ≤ 时，为整体小开口墙，有较强的整体性，墙肢不出现反弯点，仍以弯曲变形为主要变形。3）满足 ≥10，但 ／ > 时，为壁式框架，有很強的整体性，结构梁、柱刚度大，墙肢多反弯点。其中， = ； = + ； = 。式中， 为墙肢的面积； 为墙肢截面形心至组合截面形心对距离； 为墙肢截面的惯性矩。
综合以上分析，因短肢剪力墙具有大洞口、小墙肢的特点，不适宜将其设计成整体小开口墙结构，此外，为确保其变形性能及墙肢受力性能比异形柱优，应尽可能避免将短肢剪力墙设计成壁式框架，所以经过综合比较，将短肢剪力墙结构设计为 <10时， ／ ≤ 的联肢墙最为适宜。
2.2 结构计算。一是选择合宜的计算软件及合理的计算分析法，二是对计算模型及相关参数进行确定，并就计算结果的合理性进行判断，尤其要加强概念设计。一般而言，因短肢剪力墙是一般剪力墙大开口而形成的，因此与普通剪力墙结构分析基本相同，均可采用空间杆一墙组元分析法或三维杆系——薄壁柱空间分析法，其中以空间杆一墙组元分析法的精度更高，更符合实际。
3 抗震薄弱环节设计
根据相关振动台模拟地震试验的结果显示，短肢剪力墙结构的抗震弱环节主要为建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围小墙肢及连梁等，主要表现为当有扭转效应时，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会先开裂；在强地震下，高层短肢剪力墙以弯曲变形为主，底部外围小墙肢因截面面积较小而受到纵向的强大荷载破坏最为严重，其中又以“一”字形小墙肢表现最为明显；因墙肢刚度相对减小，连梁受剪破坏几率增加。因此，针对以上薄弱环节，应加强概念设计及抗震构造措施，具体如下：
3.1 为减小结构的扭转效应，应尽量使短肢剪力墙的刚度中心与建筑物质心相互靠近，并对建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度进行合理调整，一般以250mm为宜，对小墙肢可用300mm，并将墙肢截面的轴压比控制在0.6以下以提高墙肢的承载力。
3.2 相较一般剪力墙的抗震等级，短肢剪力墙抗震等级应按高级别进行设计。剪力设计值除对底部位置增强设计，也要适当调整相关部位。抗震设计时截面的纵向钢筋的配筋率，底部加强部位应在1.2%以上，其余部位应在1.0%以上。
3.3 连梁为耗能构件，其剪切破坏会降低结构的延性，不利于抗震，因此为维持连粱结构的性能，设计时应注意连梁的“强剪弱弯”验算；短肢剪力墙以在两个方向均有梁与之拉结为宜，最好将连梁布置在各肢平面内，对于一字形墙肢应尽量不用。
3.4 一字形短肢剪力墙平面外切忌设计楼面梁。当诸如窗间墙等剪力墙外墙作为跨度大于6m的大梁支座时，若发生地震，可能导致梁侧剪力墙上出现竖向裂缝，若弯矩较大而剪力墙平面外刚度及承载力不足就会造成平面外的破坏，但当前一些计算软件并未给出剪力墙平面外的配筋及内力，对此设计时要特别注意，避免埋下安全隐患。
3.5 对于墙肢截面高度为厚度3～5倍的剪力墙，若按框架柱配筋设计时，应适当减小墙肢中部的主筋而加大墙肢端部的主筋，同时，箍筋配置量应满足剪力墙水平分布钢筋计算要求。
4 墙肢配筋设计
剪力墙对小高层住宅而言面广量大，因此科学合理地控制剪力墙配筋能有效提高结构安全，增加工程经济性。具体配筋设计如下：
4.1 相较于相同轴压比的框架柱，短肢剪力墙约束边缘构件配箍特征值 应提高一级，取非加强部位的短肢剪力墙及轴压比不大于0.3的短肢剪力墙，其边缘构件的构造设置应高于一般剪力墙，具体如表1所示：
4.2 一般而言，截面高度在1200～2000mm的短肢剪力墙，可统一取450 mm作为其约束边缘构件的长度；短肢剪力墙的边缘构件的纵向配筋除满足规范要求外，其纵向钢筋最小配筋率以按框架柱要求设置为宜。
4.3 短肢剪力墙的水平分布筋与竖向分布筋除根据计算确定意外，应按表2要求确定构造的最小配筋。此外，短肢剪力墙应采用双排布筋，竖向筋在内，水平筋在外，两排筋间距应小于400 mm x400mm，每根竖筋均有拉筋连结；肢长大于3倍小于等于4倍墙厚的墙肢按柱要求配筋，其外套箍兼作水平筋。
5 构件设计
5.1 短肢墙的设计。由于短肢墙仍是剪力墙的一种，因此其设计可采用一般剪力墙的设计方法，除短肢墙墙外的其他常规构件可按常规方法进行设计。
5.2 短肢墙平面内梁设计。具体分两种情况，一为按连梁设计，前提为跨高比小于5，一为按框架梁设计，前提为跨高比大于5。具体如下：1）按连梁设计。此时，梁两端与剪力墙互相连接，连梁上的内力主要由水平力产生，且内力值较大，竖向荷载对连梁的作用比较小，电算时常有超筋现象出现，所以，可以在不影响承受竖向荷载的情况下折减连梁刚度 (抗震设防烈度为8°、9°时折减系数 0.5，6°、7°时折减系数 0.7)，如此在地震作用下，能将较多的内力分配到短肢墙上，相应地连梁分配到的侧向力则减少许多。此外，由于连梁由剪力墙开洞形成，依照薄壁杆件的基本理论，梁是通过薄壁杆件及刚臂的剪心连接起来的，刚臂是人为加给梁的，这样强化了剪力墙对梁的嵌固作用，使梁的弯矩值偏大，TAT用梁单元来模拟连梁刚度偏大。采用TAT计算时常遇连梁超筋的情况，因此对于连梁，用SAT-WE的壳单元模拟较为合理。2)按框架梁设计。此时，竖向荷载作用下产生的内力所占比例较大，宜按框架梁来设计。否则，由于墙肢平面内的梁通常跨度较大，梁上的水平力和竖向力均较大，若按连梁设计，进行刚度折减后，构件会因为承载力较小过早出现塑性铰，难以满足规范对裂缝验算的要求，在计算程序的总信息中不应按连梁设计将刚度大幅下调，从而造成其设计内力降低，应按普通框架梁要求，控制混凝土受压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅20%来解决。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准．高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3—2002)[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．
[2]曲志，高贺香.小高层住宅短肢剪力墙结构设计浅谈[J].技术与市场，2008（11）：13-14.
[3]粟金利.浅谈在小高层住宅中短肢剪力墙设计应注意的问题[J].建材与装饰，2010（5）：113-114.