干货| 短肢剪力墙概念讲解及成因分析

一、短肢剪力墙的概念设计

框架结构属于一种比较柔的结构形式，不能做太高，但是对于剪力墙结构，由于其自身刚度较大，抗侧力能力很强，能够做的比较高，因此在高层中普遍应用。框架柱与剪力墙在抵抗水平地震方面，其能力不是一个量级的。截面截面惯性矩I.  (理解剪力墙平面内、平面外、截面高度)

1.1 反弯点

弯矩一正一负的零点位置，变形突变（拉压转换）的点。

首先要理解反弯点的概念（从弯矩图和变形两个角度来理解，也是理解结构设计的原理之一，即力与变形的关系）。反弯点的出现从根本上来讲是竖向构件与水平梁的线刚度的比值来决定的，墙体的刚度相对于连梁来说是很大的，因此不会在墙体内出现反弯点，而框架柱的刚度相对于梁来说不会相差很大，从变形来讲是因为柱子上下有转角，从而出现反弯点。

  （水平力作用下的弯矩图）

在水平力F的作用下，柱的底部外侧受拉，顶部的内侧受拉；梁的左端底部受拉，右侧梁顶受拉。（粗线表示受拉侧）。

1.2 框架、剪力墙弯矩图对比

1.下图为框架结构的受力图，整体变形为剪切型变形。

变形为剪切型变形，决定了框架结构的位移底部最大，从而影响了框架结构的很多特性（如：不能做很高、填充墙在地震时候是底层破坏严重等）。 

                        （水平荷载作用下的变形图）

2.下图为纯剪力墙结构的受力图，整体变形为弯曲型

以上两图剪力墙上开洞面积较小，弯矩图仅仅有局部突变，但连梁和墙体线刚度的比值差距过大，基本上没有反弯点，变形以弯曲型为主。

上图为双肢墙及多肢墙类型中的三肢墙，弯矩图仅仅有局部突变，基本上没有反弯点，变形以弯曲型为主。 

图中弯矩图在楼层位置突变，出现反弯点，与框架的受力性能接近，因此变形是以剪切型变形为主，应当注意在高层建筑中尽量避免。因此高规规定了墙肢高度与厚度的比值。

《高规》7.1.7当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按框架柱进行截面设计（这里墙肢截面高度指的是平面图中墙体的长度，而非墙体竖向高度）。

因为墙肢的截面高度与厚度之比小于等于4时，其变形特性类似于框架柱，会出现反弯点，墙肢在楼层处出现反弯点则不能称为剪力墙结构，称为壁式框架。此种结构体系已经不属于剪力墙结构体系的范畴，因此要避免。

结论：楼层内是否出现反弯点，决定了结构体系的受力性能。如果在一个高层剪力墙体系中出现大量的产生反弯点的柱，说明此结构受力性能是不好的。

1.3 总结

从以上图中可以得知，剪力墙的受力特点与洞口的大小有关，与连梁的刚度有关。

连梁与墙肢的线刚度比值决定着反弯点是否出现，当开洞过大的时候，且墙肢高厚比很小的时候，墙肢过分削弱，导致反弯点的出现。

结构设计中，一般的情况是双肢墙或多肢墙的情况，弯矩为齿状，此时的连梁起着连接墙肢，保证墙体整体稳定性的作用，但如果弯矩为齿状，齿状太严重，会出现反弯点，连梁将不再是连梁而是框架梁，很难起到保证墙体稳定的作用，变形特性类似于框架（此时层间位移角也很难满足规范要求），因此高规条文说明写到：本规程（高规）所指的剪力墙结构是以剪力墙及因剪力墙开洞形成的连梁组成的结构，其变形特点为弯曲型变形，目前有些项目采用了大部分由跨高比较大的框架梁联系的剪力墙形成的结构体系，这样的结构虽然剪力墙较多，但受力和变形特性接近框架结构，当层数较多时对抗震是不利的，宜避免。

二、竖向构件的分类

2.1 相关规范

《高规》7.1.7当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按框架柱进行截面设计。

《高规》7.1.8抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙；B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。当采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构时，应符合下列规定：

1.在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50％

2.房屋适用高度应比本规程表3.3.1-1规定的剪力墙结构的最大适用高度适当降低，7度、8度（0.2g）和8度（0.3g）时分别不应大于100m、80m和60m。

注：1.短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。

3.具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指，在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30％的剪力墙结构。 

条文说明：7.1.8厚度不大的剪力墙开大洞口时，会形成短肢剪力墙，短肢剪力墙一般出现在多层和高层住宅建筑中。短肢剪力墙沿建筑高度可能有较多楼层的墙肢会出现反弯点，受力特点接近异形柱，又承担较大轴力与剪力，因此，本规程规定短肢剪力墙应加强，在某些情况下还要限制建筑高度。对于L形、T形、十字形剪力墙，其各肢的肢长与截面厚度之比的最大值大于4且不大于8时，才划分为短肢剪力墙。对于采用刚度较大的连梁与墙肢形成的开洞剪力墙，不宜按单独墙肢判断其是否属于短肢剪力墙。B级高度高层建筑及9度抗震设防的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。

本条还规定短肢剪力墙承担的倾覆力矩不宜大于结构底部总倾覆力矩的50％，是在短肢剪力墙较多的剪力墙结构中，对短肢剪力墙数量的间接限制。

2.2 实际案例分析

剪力墙结构体系中竖向构件的分类可按照各墙肢截面高度（即墙体的长度）最大值（b）与墙体厚度的比值（bw）来进行区分。

竖向构件分为框架柱和剪力墙，剪力墙又分为短肢剪力墙和普通剪力墙

? b/bw≤4   按框架柱

? 4＜b/bw≤8 短肢剪力墙

? 8＜b/bw   普通剪力墙

判断是否为短肢剪力墙的方法：

虽然1200/200=6  大于4小于8，但是上图为一个墙肢的整体，判断是否为短肢剪力墙是取各肢截面高度（肢长/墙体长度）与厚度之比的最大值，即4000/200=20，大于8，则上图中的墙肢为一般剪力墙，不属于短肢剪力墙。

定义短肢剪力墙的目的：短肢剪力墙容易出现反弯点，所以提出短肢剪力墙的概念，规范有针对短肢剪力墙的规定，做法比普通剪力墙更严格（高规7.2.2），就是为了防止其出现反弯点。

《高规》7.2.2抗震设计时，短肢剪力墙的设计应符合下列规定：

1.短肢剪力墙截面厚度除应符合本规程第7.2.1条的要求外，底部加强部位尚不应小于200mm，其他部位尚不应小于180mm。

2.一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，分别不宜大于0.45、0.50、0.55，一字形截面短肢剪力墙的轴压比限值应相应减少0.1。

3.短肢剪力墙的底部加强部位应按本节7.2.6条调整剪力设计值，其他各层一、二、三级时剪力设计值应分别乘以增大系数1.4/1.2和1.1。

4.短肢剪力墙边缘构件的设置应符合本规程第7.2.14条的规定。

5.短肢剪力墙的全部竖向钢筋的配筋率，底部加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%；其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。

6.不宜采用一字形短肢剪力墙，不宜在一字形短肢剪力墙上布置平面外与之相交的单侧楼面梁。

另：若此连梁跨高比较小（小于1.5）则刚度较大，对整体变形的影响不大，可忽略此洞口，认为墙肢的截面高度为从左到右。

即《高规》7.1.8条文说明里说到的对于采用刚度较大的连梁与墙肢形成的开洞剪力墙，不宜按单独墙肢判断其是否属于短肢剪力墙。