钢筋混凝土短肢剪力墙结构问题浅析

摘要：本文就钢筋混泥土断肢剪力墙结构的判别、设计、制作、施工等问题进行详细阐述和分析，鉴于短肢剪力墙结构抗震性能较差，根据工程实例中遇到的一些常见的质量和安全问题展开讨论，并提出改进意见。

关键词：短肢剪力墙；异形柱结构；底部楼层

一、短肢剪力墙结构的判别

该某住宅楼的钢筋混凝土短肢剪力墙结构，地上20层，地下1层，层1高为4.5m，层2~20为标准层，层高为3m，结构标准层平面见图1~3，工程位于7度(0•10g)抗震设防区，场地类别为Ⅱ类。

关于短肢剪力墙结构的定义，目前有如下三种不同的判别方法：第一种方法是依据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3―2002)[1](简称《高规》)7•1•2条“注”解释，短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙，但《高规》对短肢剪力墙结构没有做很明确的定义，一般认为短肢剪力墙结构是指短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩达到结构总底部地震倾覆力矩的40%~50%的剪力墙结构；第二种方法是根据《北京市建筑设计技术细则(结构专业)》[2](简称《技术细则》)5•5•5条规定，当由短肢剪力墙负荷的楼面面积与全部楼面面积的比值超过50%时，应定义为短肢剪力墙结构；第三种方法是依据《广东省实施〈高层建筑混凝土结构技术规程〉(JGJ3―2002)补充规定》[3](简称《高规补充规定》)3•2•3条剪力墙截面高度与厚度之比大于4、小于8时为短肢剪力墙，3•2•4条还定义短肢剪力墙结构是指短肢墙的截面面积占剪力墙总截面面积50%以上的剪力墙结构。

本文就钢筋混泥土断肢剪力墙结构的判别、设计、制作、施工等问题进行详细阐述和分析，鉴于短肢剪力墙结构抗震性能较差，根据工程实例中遇到的一些常见的质量和安全问题展开讨论，并提出改进意见。

对于本工程若采用第一种与第三种两种方法进行判别，则属于剪力墙结构；若采用第二种方法进行判别，则属于短肢剪力墙结构。在我国目前的设计市场上因开发商对降低结构成本的要求较严，面对同一个结构，需讨论的是究竟采用哪一种判别方法才比较安全合理。

二、短肢剪力墙布置

如图1所示的标准层结构平面图中，短肢剪力墙集中布置在建筑的周边与中间位置，且为连续布置，承担楼层大部分面积的竖向荷载，潜在两方面的危险问题：一方面是当剪力墙核心筒在大震作用下出现问题以后，弱小的短肢剪力墙没有足够的延性和抵抗水平作用的能力，可能随之破坏；另一方面是短肢剪力墙本身在大震作用进入弹塑性变形阶段的抵抗竖向荷载的能力不足，如果个别短肢剪力墙因无法承担超载竖向荷载作用而失效，那么承担竖向荷载的楼面梁板将受到严重威胁，进而将产生由一个构件破坏后引起相邻构件破坏的连续倒塌现象。

注：层高3m，剪力墙厚度200

图1层2~18剪力墙布置平面图

由此可见短肢剪力墙抗震性能较差的原因是其无法作为承担超载水平力的第二道防线及容易因超载竖向荷载作用而失效。因此，上述第二种判别方法考虑了短肢剪力墙承担主要楼面竖向荷载作为判别短肢剪力墙结构的条件，是比较合理的方法。第一、三种判别方法因未直接考虑短肢剪力墙承担竖向荷载的情况，因此不够合理。但这三种方法均未考虑短肢剪力墙容易产生连续倒塌的问题，因此，改进短肢剪力墙结构体系的布置方法是：短肢剪力墙不能大面积连续布置在一起，短肢剪力墙应与普通剪力墙间隔布置，同时短肢剪力墙与普通剪力墙之间的梁板也应适当加强，这样就能比较好地防止出现短肢剪力墙结构的连续倒塌现象。

三、一字形短肢剪力墙

从图1可见，工程中布置有大量的一字形短肢剪力墙，且随处可见一字形短肢剪力墙平面外布置与之单侧相交的楼面梁，位于楼面梁端部以及位于长短跨之间的一字形短肢剪力墙，在墙平面外承受弯矩，应验算平面外的刚度和抗弯承载力，但现有通用的整体计算软件，均未考虑剪力墙平面外的刚度和承载力验算，因此，若完全照搬电算结果进行结构设计的话，可能会造成重大的安全隐患。工程中许多楼面梁还是搁置在一字形短肢剪力墙平面外端部，这对短肢剪力墙的平面外刚度和抗弯承载力更加不利。

楼面梁与一字形墙平面外相连时，多数是处于铰接与刚接之间的半刚接状态。有些设计人员将一字形剪力墙平面外与之单侧相交的楼面梁相连处以铰接作为一种计算假定来处理，简化了剪力墙平面外的刚度和承载力计算，这与实际情况不符，因此是一种不安全的计算假定。再者若将梁墙节点处大量以铰接节点来考虑，也不符合高层建筑结构不允许采用排架结构而需要采用双向抗侧力结构的要求，同时还会造成整体结构刚度削弱太多的不利影响。楼面梁与一字形短肢剪力墙平面外相连处的梁墙节点核心区还存在着梁筋锚固长度不足和节点核心区抗剪承载力不足的问题。

改进一字形短肢剪力墙受力性能的最好方法就是增加翼缘剪力墙，让一字形短肢墙变成L或T形短肢墙，这样在进行承载力和侧移计算时，利用翼墙的作用，能够有效抵抗平面外弯矩、剪力和变形，因此能有效改善一字形墙的受力性能。一字形短肢剪力墙若无法设置翼墙时，除了需进行墙平面外刚度和抗弯承载力验算外，建议参照框架梁柱节点核心区那样进行梁墙节点核心区抗震受剪承载力验算，才能满足作为刚接梁墙节点的抗震性能要求。

四、异形柱结构问题

工程因建筑功能需要或基于考虑层间位移角曲线存在中部楼层最大、顶部楼层偏中等原因，出于节约的角度，有意将顶部两层短肢剪力墙的墙肢缩短，使大部分短肢剪力墙变成肢长与肢宽比小于等于4的异形柱，见图2。异形柱特别是一字形异形柱抗震性能比短肢剪力墙更差，因此在《高规》中是不允许采用异形柱结构的，本工程中的一字形异形柱具有更大的危险性。

注：层高3m，剪力墙厚度200

图2层19，20剪力墙布置平面图

从高层建筑结构在地震或风载作用下的整体计算分析结果可揭示如下规律：最大楼层反应力总是位于结构的顶部楼层，顶部楼层的短肢剪力墙所占楼层倾覆弯矩的百分比往往也是最大的，因此对顶部楼层的整体刚度及抗侧性能要求较高，短肢剪力墙结构顶部楼层的墙肢长度一般不宜缩短，不能采用异形柱结构，更不能采用一字形异形柱，若建筑功能需要大空间时，宁可采用减少短肢剪力墙数量的办法来解决。

五、底部楼层问题

高层建筑中经常遇到功能要求底部楼层层高大于标准层层高的情况，造成结构剪力墙墙厚加大，以满足剪力墙的稳定和承载力计算的要求。

当上部楼层属于短肢剪力墙结构，下部楼层因墙体加厚仍属于短肢剪力墙结构时，不会存在争议问题；当上部楼层属于剪力墙结构，下部楼层因墙体加厚形成短肢剪力墙结构时，就会存在争议问题了，此时整体结构体系该属于剪力墙体系、短肢剪力墙体系、上部剪力墙、下部短肢剪力墙体系中的哪一种?

如图3所示的一字形剪力墙，大多数墙厚为300mm，且剪力墙截面高度与厚度之比大多介于4~8之间，也有一些是≤4的。对于截面高度与厚度之比≤4时，按框架柱设计，不会有争议，而对于高厚比介于4~8的墙，就有争议问题了。该工程底部墙厚为300mm还不算厚，其他工程底部还有400~800mm的情况，对于这么厚的剪力墙仍然判定为短肢剪力墙显然是比较牵强的，与其将厚墙当作短肢剪力墙来看待，不如将厚墙当作长条形框架柱来看待。

《高规补充规定》3•2•3条定义：当剪力墙截面厚度不小于层高的1/15，且不小于300mm，墙肢高度与厚度之比大于4时，仍属一般剪力墙。因为根据已有的短肢剪力墙的工程实践和试验成果中的短肢剪力墙墙厚一般为200，250mm的情况，若把薄短肢剪力墙的判别推延到超厚剪力墙上去是缺乏依据的。《高规补充规定》考虑了超厚剪力墙抗震性能的有利性，把超厚短肢剪力墙当作一般剪力墙看待是比较合理的。

注：层高4•5m，剪力墙厚度300

图3层1剪力墙布置平面图

六、结论及建议

1．《技术细则》对短肢剪力墙结构判别时，考虑了短肢剪力墙直接承担竖向荷载的多寡因素，属于比较合理的判别方法。

2．短肢剪力墙结构的主要问题是竖向承载力差，且易引发连续倒塌的问题，工程设计时应避免短肢剪力墙大面积连续布置的方式，建议采用短肢剪力墙与普通剪力墙间隔布置的方式，并对短肢剪力墙与普通剪力墙之间的连接梁板进行适当的加强。

3．应尽量避免采用一字形短肢剪力墙，尽可能采用带翼墙的L形、T形短肢剪力墙。当不可避免时，不能盲目照搬电算结果用于设计，应补充一字形墙平面外刚度和抗弯承载力验算。此外，为安全起见，建议参照框架梁柱节点核心区那样进行梁墙节点核心区抗震受剪承载力验算。

4．高层短肢剪力墙结构的顶部楼层的墙肢长度一般不宜减小，不允许采用异形柱结构，并禁止采用一字形异形柱。

5．高层剪力墙结构底部楼层墙体加厚时，应考虑底部楼层形成短肢剪力墙结构的不利影响。对于墙肢截面高度与厚度之比为4~8的剪力墙，当剪力墙截面厚度不小于300mm且不小于层高的1/15时，在判定整体结构体系时，可以参照《高规》7•1•2，7•2•5条的要求，严格控制轴压比、加强整个截面纵筋配筋率及箍筋沿全高加密等措施。

参考文献

[1]JGJ3―2002高层建筑混凝土结构技术规程[S]．北京：中国建筑

工业出版社，2002．

[2]北京市建筑设计技术细则(结构专业)[S]．北京：北京市建筑设

计标准办公室，2004．

[3]高立人，方鄂华，钱稼茹，等．高层建筑结构概念设计[M]．北京：

中国计划出版社，2009．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。