1短肢剪力墻的力學性能
1.1短肢剪力墻的定義
短肢剪力墻是壹種聯肢剪力墻。《高層建築混凝土結構技術規程》(JBJ3.2002)中對短肢剪力墻的定義是:短肢剪力墻是指墻肢截面高厚比為5 ~ 8的剪力墻；即短肢剪力墻應滿足5 ≤/h≤ 8 (1)的力。短肢剪力墻結構與墻體結構相比更經濟，結構為墻肢截面高度，%為墻肢截面厚度。僅從短肢剪力以上構件的幾何尺寸來定義短肢剪力墻是不嚴格的，因為滿足上述條件的各種結構形式的力學性能差異較大，導致短肢剪力墻結構設計的混亂。本文從經濟和安全的角度出發，根據短肢剪力墻的受力特點，引入肢端強度系數和整體性系數C來限定短肢剪力墻為4J。
(1)短肢剪力墻應滿足k[]≤"；，≤[](2)其中k是系數，0
1.2積分系數A對短肢剪力墻的影響
1.2.1積分系數對側向位移曲線的影響
在水平荷載作用下，短肢剪力墻的側移曲線呈明顯的彎剪型，即底層樓板彎曲，力學性能良好；頂層為剪切型，力學性能較差。水平均布荷載作用下短肢剪力墻的側移方程為:= P 1 Phen 1]+11i 2(1(壹到1+_ 1)-1。0sh (~ Sinh (ko ~ h (Bujj，=11+A=+4 sound-z ' ' '為考慮剪切變形的連梁截面的等效慣性矩，分別為兩個墻肢的慣性矩，和，4為兩個墻肢的橫截面積，h為墻的總高度，h為層高。
1.2.2積分系數對墻肢應力的影響
由外荷載引起的傾覆力矩可分為兩部分:由兩墻肢整體彎曲抵抗的部分和由兩墻肢局部彎曲抵抗的部分。此時，兩墻肢整體彎曲抵抗的外荷載傾覆力矩為M=kM(6)，兩墻肢局部彎曲抵抗的傾覆力矩為m =(1-k)M(7)為外荷載產生的傾覆力矩，k為兩墻肢整體彎曲抵抗的傾覆力矩的比例，其表達式為去掉I-cha ~+(。綜上所述，在水平均布荷載下，當肢強系數較大時，側移曲線反彎點的相對高度隨著整體系數oc的增大而減小。當肢強系數較小時，側移曲線拐點的相對高度隨著整體系數的增大而增大。積分系數不能太小。
2高層住宅短肢剪力墻結構設計
2.1項目概述
該工程是鞍山市“都市陽光”住宅小區的壹棟高層住宅。本文討論的是伸縮縫截面。建築面積3876m，標準層建築面積338m。縱向總長24.97m，橫向總長14.3m，開口3.3m ~ 5.1m，深度4.5m ~ 6m。樓層數十壹，局部跳十二。壹至十壹層高度為2.9m，十二層高度為2.7m..建築總高度36.95m，外墻為300mm空心磚加70厚水泥聚苯板，內墻為200厚空心磚。結構形式采用短肢剪力墻。樓板采用現澆鋼筋混凝土密肋樓蓋，現澆墻、柱、梁，抗震設防烈度為七度。
2.2短肢剪力墻結構設計中應註意的問題
(1)嚴格控制短肢墻的軸壓比，尤其是沒有翼緣或端柱的工字形短肢剪力墻。目前，根據國內外的研究成果，壓彎剪力墻處於小偏心狀態時延性較差。不僅如此，即使在大偏心受壓狀態下，如果軸壓比大，混凝土受壓區邊緣應力也很高。如果混凝土沒有約束或約束不夠，就可能凝結:E先達到極限壓應變，出現豎向裂縫，甚至壓潰，使構件失去變形能力和承載能力。因此，在設計中，應嚴格控制短肢墻的軸壓比，以保證短肢墻的延性。
(2)應采用三維計算方法分析結構的動力特性，計算構件的內力。這時對於豎向構件有薄壁桿件模型和墻元模型。前者是簡化模型，但精度較低。後者是板單元和膜單元的組合，是壹種高精度的力學模型。
(3)由於短肢剪力墻結構的抗側剛度相對於普通剪力墻結構較小，宣布在設計中設置適當數量的長墻，或利用電梯、樓梯形成剛度較大的內筒，避免結構在設防烈度下產生較大變形，同時形成兩道抗震設防措施。
(4)各墻肢的分布應盡可能均勻，使其剛度中心盡可能靠近建築物質心；在抗震設計中，筒體和壹般剪力墻承受的第壹振型底部傾覆力矩不應小於結構底部傾覆力矩的50%。如有必要，可以通過添加長肢壁來調整剛度中心位置。
(5)短肢剪力墻結構體系的抗震薄弱環節是建築外緣和轉角處的墻肢，尤其是“工”字形短肢剪力墻，可能在與其連接的梁之前就已經破壞。比如高層短肢剪力墻結構有扭轉效應時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢先開裂。因此，在設計中應采取必要的措施，如降低位於建築物外棱角部位的短肢剪力墻的軸壓比，增加縱筋和箍筋的配筋率，加強小墻肢的延性和抗震性能，避免形成孤立的工字形短肢剪力墻，以保證結構的安全性和實用性。
(6)要正確判斷短肢剪力墻結構平面內梁的性能。《高層建築混凝土結構技術規程》(JGJ 5-2002)規定，剪力墻開洞形成的跨高比小於5的連梁，應按連梁設計；當跨高比大於5時，應按框架梁設計。連梁的剛度變化直接影響結構的整體抗側剛度。合理選擇梁截面和配筋有利於提高結構的抗震性能。因此，在高層住宅短肢剪力墻結構的實際設計中，可以相對降低墻肢的剛度；不應降低連接墻肢的梁的剛度。只有這樣，梁截面設計才容易滿足規範要求，才是安全的。
2.3主體結構設計
(1)結構選型根據開發商要求，柱或梁等結構構件不允許在房間內外露。本工程可供選擇的結構方案有異形柱框架剪力墻結構和短肢剪力墻結構。異形柱框架結構要求肢高與肢厚之比不大於4，柱凈高與柱截面長邊尺寸之比不小於4和3J，限制了截面尺寸。根據初步估算，采用異形柱框架時，柱的軸壓比超過限值，異形柱框架結構的高度限值為35m，本工程建築高度為36.95m [6]。且本市對異形柱框架結構的高度限制較為嚴格，故決定不采用異形柱框架結構。對於短肢剪力墻結構，經初步估算，其軸壓比、側移、扭轉和總高度限值均能滿足要求，故最終決定短肢剪力墻結構。
(2)結構布局
結合本工程特點，在結構布置上，通過滿足結構承載力、控制結構變形、減小扭轉、控制軸壓比等指標綜合確定剪力墻的布置。結構布置主要采用以下措施[9-10]: ①根據《高層建築混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)。高層建築結構不宜采用短肢剪力墻的剪力墻結構。本工程沿樓梯間布置長剪力墻，結合電梯間形成短肢剪力墻和筒體結構。其他部分剪力墻布置在小開間，短肢剪力墻沿內外墻交接處布置。為了增加短肢剪力墻的抗側剛度，短肢剪力墻應盡量布置成T形、L形或H形。
(2)水平抗側力結構應合理布置，各軸水平抗側力構件應盡量均勻對稱分布，以減少結構的扭轉。剪力墻布置時，利用SATWE程序隨時對結構進行分析，並根據分析結果調整各軸上墻肢的長度，使結構的質心與剛度中心的偏差最小。根據《高層建築混凝土結構技術規程》，考慮偶然偏心的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，對於A級高層建築，不應大於樓層平均值的1.2倍和1.5倍。本項目控制在1.06倍。第壹層剛度中心和質心坐標見表1。
(3)控制剪力墻的軸壓比不超過規定限值。本工程屬於二類抗震等級。根據14kN/m估算，短肢剪力墻軸壓比限制在0.6以下，工字形短肢剪力墻軸壓比控制在0.5以下。墻肢長度為肢厚的5 ~ 8倍，同時應考慮建築門窗的要求。剪力墻外墻厚度為250nli/1，內墻厚度為200mm。±0.000以下墻肢加厚100 mm. (4)保持豎向剛度連續，以下四層為C40混凝土，五至八層為C35混凝土，九層以上為C30混凝土，梁和樓板為C25混凝土。剪力墻截面沿豎向不變。
⑤為加強結構整體性，采用現澆屋面。6.內墻梁的截面寬度為200毫米，外墻梁的截面寬度為250毫米。梁高根據1/10的凈跨度初步確定。剪力墻的數量是結構設計中的壹個關鍵問題。剪力墻太少，結構側向剛度小，結構側向位移大；剪力墻太多，地震力強，不經濟。在框架-剪力墻結構的設計中，我們經常用壹些指標來指導我們的剪力墻布置[11-14]比如墻比、平均壓力、實際工程中剪力墻數量的參考等等。計算墻比有兩種方法:“單位建築面積墻長”和“單位建築面積墻面積”。前者粗糙，後者體現了壁厚的因素。平均壓力是樓板以上的重量除以墻、柱的橫截面積，反映了結構的層數、重量、橫截面積等因素。在提到實際工程中的剪力墻數量時，我們用“單位建築面積的墻面積”的墻比值來比較。
(3)主要分析結果
SATWE是專門為多高層建築結構分析開發的空間組合結構有限元分析軟件，適用於各種復雜形狀的高層鋼筋混凝土結構的計算。SATWE是基於殼單元理論的通用超單元墻單元，用於模擬剪力墻。它不僅具有面內剛度，還具有面外剛度，能更好地模擬剪力墻的受力狀態。而且墻單元的每個節點都有六個空間自由度，可以很容易地與任何空間梁柱單元連接，沒有任何附加約束。SATWE對樓蓋給出了四種簡化假設，即樓蓋全平面無限剛性、分塊無限剛性、帶彈性連接條的分塊無限剛性和彈性樓蓋假設。SATWE程序用於分析。短肢剪力墻作為墻元模型輸入，短肢剪力墻之間的梁作為連梁計算。
3、異形柱框架結構的比較
與同小區類似條件、采用異形柱框架結構的工程相比，短肢剪力墻結構具有側向位移小、剛度大的優點。短肢剪力墻與異形柱框架對比的鋼筋和混凝土用量數據見表4。墻柱鋼筋用量方面，短肢剪力墻比異形柱多4.8 kg/m，梁短肢剪力墻比異形柱少14.87kg/m，這是因為短肢剪力墻結構梁跨度小於異形柱框架梁跨度。墻柱混凝土用量方面，短肢剪力墻混凝土用量比異形柱多0.1/m，梁混凝土用量比異形柱框架結構少0.022m/m/m。短肢剪力墻結構總模板用量比異形柱框架結構多0.49 m2/m。
短肢剪力墻結構設計應在限制結構位移、減小扭轉、控制軸壓比的原則下，合理安排剪力墻的數量和位置，同時采取合理的構造措施，加強建築屋面的剛度，設置暗柱，提高結構的整體性。在計算剪力墻的墻比時，要考慮建築總高度和層數的因素，不斷積累經驗，使之更加合理。
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