小高层住宅框架剪力墙结构的设计探讨

[摘要]随着我国社会经济的发展，小高层住宅也迅速发展起来。随着小高层住宅结构体系日趋多样化，使得设计师们的思想也在不断更新。框架剪力墙结构是小高层住宅中应用非常广泛的一种结构体系。通本文过对中高层住宅的常用结构体系的论述，供同行业设计人员参考。

[关键词]小高层住宅；结构体系；异形柱框架剪力墙

在框架结构中布置一定数量的剪力墙就组成了框架一剪力墙结构，它是小高层住宅应该比较广泛的一种主体结构形式，其特点是平面灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。

1.异形柱框架剪力墙结构

异形柱框架剪力墙结构体系是把异形柱框架和剪力墙两种结构共同组合在一起形成的结构体系，房屋的竖向荷载分别由框架和剪力墙共同承担，而水平作用主要由抗侧刚度较大的剪力墙承担，框架和剪力墙间以横向构架连。异形柱是指截面形式有L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高与肢厚的比值不大于4的柱。L形截面柱多用于墙的转角部位，T形和十字形截面柱多用于纵横墙交接处。当遇到楼层较多时，异形柱往往因柱截面、轴压比、抗侧刚度的影响，难以满足要求。此时常用的做法是增大异形柱的肢长，使柱肢高宽比大于4.0，演变为短肢剪力墙，或者与短肢剪力墙一起使用，使结构变为异形柱框剪结构。异形柱结构的一个独立单元内，结构的平面形状宜简单、规则、对称，减少偏心，刚度和承载力分布均匀。异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通；异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐。对异形柱结构中处于受力复杂、不利部位的异形柱宜采用一般框架柱，改善结构的整体手里性能。异形柱框架剪力墙结构中的剪力墙间距不宜太大，当剪力墙之间的开洞较大时，剪力墙的间距宜适当减小。结构竖向布置时要求立面及剖面规则、均匀，避免过大的外挑和内收；结构的侧向刚度沿竖向宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力沿竖向的突变，竖向结构构件的截面尺寸和材料强度不宜在同一楼层变化；异形柱框架剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。试验研究及理论分析表明：异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载作用方向不同而有较大的差异。在T形、L形和+形3种异形柱中L形柱差异最为显著。这种由于荷载作用不同方向而导致内力变化差异，还与结构平面形状，结构布置及柱所在的位置等因素有关。

优点：异形柱框架剪力墙结构吸收了普通框架剪力墙结构和异形柱框架结构的优点，具有整体性好，刚度大、侧向变形小、抗风、抗震性能好的特点：并且还避免框架柱、梁在室内凸出，具有了增大建筑空间，墙面观感好等优点。

2.短肢剪力墙结构

短肢剪力墙属于剪力墙结构，短肢剪力墙是指墙肢截面高度和厚度之比为5～8的剪力墙。规程相关规定：《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条规定了高层建筑结构不应采用全部短肢剪，力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置简体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与简体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。短肢剪力墙形式为L形和T形，也有少量的十字形、z字形、一字形。各墙肢间布置框架梁或连梁把短肢剪力墙和核心筒连成一个整体。由于短肢剪力墙抗震性能差，在地震区应用经验不多，因此在设计时，首先要选则适合的计算软件，合理地选则计算分析方法，确定计算模型和相关参数，并加强对计算结果合理性判断，特别要加强概念设计。对一些不利部为加强构造措施，在符合规范要求的情况下，短肢墙是没问题的。注意事项：

a.高层点（板）式住宅采用短肢抗震墙结构体系，只要抗侧力构件布局合理仍然是比较理想的一种结构体系，但在地震区，高层建筑中，剪力墙不宜过少，墙肢不宜过短，因此不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑，要求设置剪力墙简体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（一般剪力墙）共同抵抗水平力的结构。

b.短肢墙的布置合理、对称、均匀、力求质量中心与刚度中心重合，短肢墙布置应以T形、L形、]形、+形为主，这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。

c.短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，因此应加墙其抗震构造措施，如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。

d.主要抗侧力结构筒体（或长墙）一般利用楼、电梯间，但要注意刚度的均衡性，不要集中在一处布置使建筑产生过大的扭转效应，同时筒体要有足够的刚度，其平面尺寸不宜过小，要使简体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50％，形成多道抗震防线，为了确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计，短肢墙之间的梁净跨不宜过小（一般取4～6M），使其具有一定的耗能作用。

e.短肢墙受力以承担竖向荷载为主，承担水平荷载为辅，其截面尺寸要适当，墙肢截面高度与厚度之比宜在5-8左右为好，且墙厚不小于200MM，当墙肢截面高度与厚度比小于等于3时，应按柱的要求进行设计，短肢墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6、0.7。对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，因其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。

f.短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用，主要目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性。

g.对于短肢剪力墙的剪力设计值，不仅底部加强部位应按规范调整，其他各层也要调整，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2，主要目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。

h.抗震设计时，短肢剪力墙截面的纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2％，其它部位不宜小于1.0％。

i.各短肢墙应尽量对齐、拉直，使之与连梁一起构成较规则且连续均匀的抗侧力片。并且每道短肢墙宜有两个方向的梁与之连接。

j.短肢墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可以通过不同尺寸和布置调整刚度和刚度中心位置。

k.短肢剪力墙－简体（或一般剪力墙）结构体系，电算分析力学模型建议采用高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE，短肢剪力墙结构体系考虑，各部位宜取两种力学模型分析结果的不利工况，短肢墙之间的梁应根据跨高比的不同分别按连梁、框架梁计算内力和配筋，（既一般情况下当短剪力墙洞口形成的跨高比小于5的连梁，应按连梁进行设计；当跨高比不小于5时，宜按框架梁进行设计），短肢墙仍属于剪力墙的范畴，配筋可采用一般剪力墙的计算方法，但是对于长宽比小于3的短肢墙则必须按柱的方法进行设计。注意整体计算需考虑填充墙对建筑基本自振周期影响，折减系数可取0.8-0.9。

由于外墙面钢筋混凝土短墙肢之间填充墙与钢筋混凝土墙的变形模量不同，在二者交界处易产生裂缝，通常采取的措施是在做粉刷时，在二者交界面处附粘一层玻璃丝布，使应力平缓过渡。

3.一般剪力墙结构

按照《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，剪力墙是指墙肢截面的高度与厚度之比大于8的剪力墙，而一般剪力墙结构就是指除短肢剪力墙以外的纯剪力墙结构。剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙结构应具有延性，高宽比大于2的剪力墙属于弯曲破坏的延性剪力墙，可以避免脆性的剪切破坏，因此较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的联肢墙或整体墙，墙段之间宜采用连梁连接，墙肢截面高度不宜大于8m。

4.结语

总之设计师们要根据对小高层住宅的具体情况具体分析，使用最合理的的结构，来确保居民居住的安全。