框支短肢剪力墙受力分析

关键字 框支短肢剪力墙；竖向荷载；水平荷载 

　　短肢剪力墙一般指墙肢的长度为厚度4～8倍范围内的剪力墙。它介乎于异形框架柱（肢长与厚度之比为2～4）和一般剪力墙（肢长大于厚度8倍）之间。 

　　1.框支短肢剪力墙结构特点 

　　框支短肢剪力墙结构在名称上借鉴了传统框支剪力墙结构的说，但在具体结构形式上，则有鲜明的自身特点，主要表现在以下方面； 

　　（1）在对剪力墙的支承形式上“框支”与“梁抬”并存。由于肢长短，数量多，不可避免要出现某些墙肢与框支柱完全不沾边，接支承在梁上的情况，工程上称为“抬梁”，这使得框支梁的设计算变得非常重要。 

　　（2）转换结构一般采用深粱转换，由于短肢剪力墙截面形式多，很多时候出现主次梁共同支承上部壤肢，甚至次梁支承再向主传递的情况，传力体系更加复杂。 

　　（3）框支剪力墙结构一般在转换层上下刚度变化较大，成为薄环节。框支短肢剪力墙结构墙肢短，往往与下层框支柱截面相差多，若在设计时予以适当控制，刚度突变情况可得到改善． 

　　2.框支短肢剪力墙受力分析 

　　框支剪力墙的受力情况相当复杂。外荷载产生的内力在上部墙体和下部支承框架中的分布完全不同，要较准确地求得其应力，就要考虑上部墙体与下部框架的共同作用。 

　　（1）在竖向荷载作用下的受力分析 

　　框支剪力墙在竖向荷载作用下，离开框支粱较远的上部墙体竖向应力分布不受底部框架的影响，在均布荷载作用下，竖向应力也均匀分布。墙体稍低处口，应力沿拱作用线向框支柱上方集中。 

　　托梁的刚度越大，框支柱截面高度越大，则竖向应力口，集中程越小，分布越平缓。在常用尺寸下边柱上方应力约为平均应力的4～6倍。剪应力只在离框架梁为L的范围内出现，在墙与框支梁的交界处达到最大值，可达（1.1～1.5）平均应力。粱的下边缘与柱的交界处，剪应力可达（1.5～2.0） 平均应力。 

　　单跨框架梁在柱上方的弯矩很小，弯矩分布类似于简支梁。由于框架梁与上方墙体共同工作，组成一个倒T形的深梁，框支梁是这个深粱的受拉翼缘，因此承受轴向拉力。框支梁不同于一般框架梁，普通框架粱为受弯构件，轴力为零，在同一竖向荷载下弯矩很大：框支梁是拉弯构件，弯矩较小，在同一竖向荷载下弯矩不大，但有较大轴向拉力。 

　　（2）在水平荷载作用下的受力分析 

　　水平力作用下，上部墙体（距框支粱L以上部分）中竖向应力为线性分布，在靠近框支梁的墙体中，逐渐向柱上方集中，但仍保持反对称分布的特点。 

　　3.框支短肢剪力墙结构宜采取的相应措施 

　　（1）对于层数不超过20层，高度小于60m的“小高层”建筑而言，框支短肢剪力墙结构在转换层梁柱板截面尺寸取值较大，具有足够刚度，且上部结构楼层质量中心与剪切中心相差不大的前提下，其转换层工作状态是稳定可靠的。但鉴于短肢剪力墙在框支柱上的支承方式类似于点支承，从提高结构安全储备的角度考虑，对支承节点及相应框支粱框支柱在设计时宜提高抗震等级，并着重验算框支梁最大裂缝宽度及最大挠度； 

　　（2）传统剪切刚度比的控制方法对框支短肢剪力墙结构已不再适用。在目前精确楼层侧向刚度计算困难的前提下，可采用文中提出的等效侧向刚度计算方法，结合层间位移曲线及楼层剪力曲线，以较好地反映结构侧向刚度变化。 

　　（3）结构转换层对其邻近层内力与变形有一定影响，当转换层未设置在底层时，对其以下一层的楼板应适当加厚，以考虑楼板弹性变形的影响。目前在实际工程设计中也已注意到这一问题，如深圳市建筑设计研究总院在内部设计规程中，就规定对此类结构框支层采用一级抗震，邻近层采用二级抗震构造处理； 

　　（4）对总高度60米以下，体形较为规整的框支短肢剪力墙结构，对框支梁及框支柱设计起控制作用的依然是竖向（主方向）内力。因而采用刚性楼板假定的TBSA软件对短肢剪力墙“小高层”结构设计依然是适用的。只要所建短肢剪力墙的支承方式正确，传力路径清晰，薄壁杆件模型与墙元模型对竖向内力的计算差别不大。且因薄壁杆件采用点接触传力，其所计算的框支粱竖向弯矩及框支柱轴力一般略大于墙元模型计算结果，偏于安全。 

　　（5）由于框支粱截面坡度较大，由短肢剪力墙在框支层楼板内所引起的内力和变形远小于估计值。但核心筒与框架位移差较大，在其周围楼板内引起较大内力和变形，且有强烈的应力集中，因而对框支层楼板采用弹性楼板假定进行分析，核算板内应力仍然是必要的。 

　　（6）框支梁侧向（次方向）内力较小，一般按构造配筋即可，但为防止出现侧面混凝士裂缝，保持粱侧向稳定性，框支梁侧向腰筋设置宜适当加密，并加大构造筋直径。考虑框支梁控制内力出现位置较为分散，且在竖向地震荷载下（规范未要求验算）有可能反向，框支梁上下钢筋宜在全跨范围内保持不变，尽量不作截断，抗剪箍筋应全长加密。 

　　（7）对超过60m的高层建筑，若仍需采用框支短肢剪力墙结构，因其竖向荷载很大，势必造成框支粱截面高度进一步增大，此时侧向内力的影响不可忽视，应对关键构件作专门分析。必要时，可在框支梁顶部和底部各设一层楼板，提高粱的侧向稳定性。 

　　（8）对转换层设置层数较高，如位于2／3总高处的高位转换层情况，因上部结构层数较少，故竖向荷载和水平力均较小，梁截面尺寸可减小。但此时核心简与外围框架间位移差往往较大，楼板变形较为明显，具体内力分布需另作分析。 

　　参考文献： 

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　　[2] 方鄂华．多层及高层建筑结构设计．地震出版社．2002． 

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　　[4] 中国建筑科学研究院．钢筋混凝土高屡建筑结构设计与施工规程．2007：40～57