短肢剪力墙结构分析设计全攻略Word文档格式.docx

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8。

（不限）

当有大于两肢的短肢墙或异形柱时，尽管各肢的长宽比符合要求，也宜按墙输入、设计。

2短肢剪力墙结构的界定方法

规程相关规定：

高规第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，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构，并且应符合一系列规定。

第7.1.3条规定了B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，不应采用第7.1.2条规定的具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。

短肢剪力墙结构的定义：

（1）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；

（2）高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构；

（3）短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。

短肢剪力墙结构的必要条件：

抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。

短肢剪力墙结构的下限：

当短肢墙较少时，如短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～40%，则可以按普通剪力墙结构设计。

下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。

B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，即使置筒体，也不能采用。

其最大适用高度比高规表4.2.2-1中剪力墙结构的规定值适当降低，且7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m。

如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成短肢剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。

短肢剪力墙结构，其首先应是全剪力墙结构。

短肢剪力墙结构中，应有足够的长肢剪力墙。

如果把短肢墙看成异形柱，则短肢剪力墙结构可以认为呈框剪结构的变形特征。

当结构形式符合短肢剪力墙结构形式后，才能在软件“总信息”参数的结构体系中，定义结构为“短肢剪力墙结构”。

当采用壳元模型时，应加细单元的划分。

（宜把默认的2改为1）

短肢剪力墙结构有时用薄壁杆元（TAT）可能更合适。

因短肢墙的模型更符合薄壁杆元模型，采用壳元则有单元划分不细的问题。

3短肢剪力墙结构的设计

短肢墙与异形柱的设计区别：

轴压比（按框架柱）、刚度（梁考虑刚域）、配筋（双偏压）、构造（按异形柱规程）。

短肢墙：

轴压比（按剪力墙）、刚度（墙输入、采用壳元或薄壁杆元）、配筋（按剪力墙）、构造（按高规的短肢墙构造）。

弱短肢剪力墙（截面高厚之比小于5的墙肢）：

高规7.2.5条文规定了不宜采用墙肢截面高度与厚度之比小于为5的剪力墙；

当其小于5时，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一级（9度）、一级（7、8度）、二级、三级时分别不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。

短墙（截面高度之比不大于3的墙肢）：

高规7.2.5条文和抗震规范6.4.9条文规定剪力墙的截面高度与厚度之比不大于3时，应按柱的要求进行设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%，其它部位不应小于1.0%，箍筋应沿全高加密。

总结——短肢剪力墙结构的抗震加强

抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比高规4.8.2规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用。

抗震设计时，各层短肢剪力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和0.7；

对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。

抗震设计时，除底部加强部位应按高规7.2.10条调整剪力设计值外，其它各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。

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

短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。

7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘。

一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。

高规7.2.1条文规定了带有筒体和短肢剪力墙的剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C25。

4短肢剪力墙结构与转换层结构的混合设计讨论

混合的结构类型，给设计来混淆，虽然不提倡，但是实际工程确实不时遇到。

典型案例：

下部是转换层结构，上部是短肢剪力墙结构。

该结构类型的判断基于以下方面：

>

短肢墙被下部托梁抬起，上下不连续，结构整体变形特征不符合短肢剪力墙（框剪）结构的形式。

控制短肢剪力墙结构的倾覆弯矩失去依据，因为要求短肢墙上下连续，且下部短肢墙所占倾覆弯矩小于50%，此时所要求的“下部”已经失去。

在加强区，“复杂高层结构”的设计要比“短肢剪力墙”结构严得多。

结构的薄弱部位也是在底部转换层区，所以这类结构应该按“复杂高层结构”来设计。

转换层上部剪力墙应按框支剪力墙结构的要求，设置加强钢筋。

对于非加强区部位的短肢墙设计，可以参考“短肢剪力墙结构”的要求，适当加强构造。

当然，也可以按短肢剪力墙结构设计的要求设计。

总结：

下部转换层上部短肢剪力墙结构，其加强区应按框支剪力墙结构的要求设计。

非加强区没有特殊要求也可以按复杂高层设计，有特殊要求，可以按短肢剪力墙结构设计加强。

结构的位移控制、转换层强制薄弱层、转换梁、框支柱、配筋构造等等，均应按“复杂高层结构”控制、设计。

剪力墙边缘构件设计及配筋控制

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56|作者:

1剪力墙边缘构件的设置要求

高规的7.2.15条规定：

抗震设计时，一、二级剪力墙结构底部加强部位及以上一层的墙肢设置约束边缘构件，一、二级剪力墙的其它部位以及三、四级和非抗震设计的剪力墙墙肢均应设置构造边缘构件。

对于这两类边缘构件，程序都可以通过自动搜索确定。

边缘构件的一些特征尺寸、主筋面积、箍筋面积或者配箍率，用户都可以在边缘构件简图中看到。

新规范程序对于剪力墙配筋结果的表示提供两张图，一张是配筋简图中对于各个直线剪力墙段的配筋结果，另一张是边缘构件配筋结果。

值得注意的是：

直线剪力墙段的暗柱主筋给出的是计算值，如果计算值小于零则取零，并不考虑构造要求；

而边缘构件简图中的配筋结果则同时考虑了钢筋计算值和构造值，也即二者当中取大。

简言之，剪力墙的配筋结果以边缘构件简图为准，直线剪力墙段的配筋图仅供校核之用。

2程序计算中存在的问题

剪力墙配筋存在的问题

由于一般采取直线段配筋模式，所以产生以下问题:

对超长直线段墙，采用平截面假定配筋，截面刚度估计偏大，配筋偏小。

尤其是地下室外墙的配筋问题。

而把长墙分段配筋也是没有依据的。

对有面外墙相连的直线段墙，没有考虑面外墙的翼缘作用，如果考虑翼缘作用，则配筋将减少。

对弧墙的配筋，目前没有好的办法。

当有边框柱与墙相连时，没有考虑边框柱与墙的共同工作，使得边框柱和与之相连的剪力墙配筋都偏大。

边缘构件配筋存在的问题

L形边缘构件的配筋，是两个墙肢配筋的叠加，这样L形边缘构件的配筋将偏大。

带边框柱的边缘构件配筋，是柱配筋与墙配筋的叠加，则这样的边缘构件配筋也偏大。

弧墙的边缘构件配筋，有时生成得不对，要注意察看、复核。

超长墙产生的边缘构件，由于受到配筋合理性的影响，也需要复核。

对于多肢斜交墙肢的端部，是多个墙肢配筋的叠加，造成这个边缘构件配筋很大，须注意。

3剪力墙边缘构件的设计

加强区约束边缘构件——剪力墙加强区及约束边缘构件的确定：

加强区按要求取1/8～1/10的结构总高度，并不小于2层。

在加强区及以上一层为约束边缘构件。

加强区的设计调整系数与非加强区不同。

地下室程序自动认为是加强区，也可用人工指定加强区的起算层号的手段来指定地下室为非加强区。

有地下室时，程序自动扣除地下室的高度计算加强区。

边缘构件设计注意事项

当两个边缘构件靠的很近时，程序会自动考虑合并。

边框柱作为剪力墙的一部分与墙共同工作，边框柱按柱配筋作为参考。

边缘构件的配筋，尤其是L形端部，按分段直线段配筋有时过大，可以考虑钢筋的共用，如考虑翼缘的作用，两个方向的配筋可以取大值，至少可以减去中间部分的钢筋面积。

边缘构件中的箍筋按构造要求配置，尤其是一、二级抗震等级的边缘构件。

结构总体参数控制意义、方法、及注意事项

[2006-06-0615:

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16|作者:

1刚度比的控制

A控制意义：

新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，。

新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据，

直观的来说,层刚度比的概念用来体现结构整体的上下匀称度.

B规范条文：

新抗震规范附录E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。

新高规的4.4.3条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。

新高规的5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

新高规的10.2.6条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录D的规定。

E.0.1底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构，可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时不应大于2。

E.0.2底部为2~5层大空间的部分框支剪力墙结构，其转换层下部框加-剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。

C计算方法及程序实现：

楼层剪切刚度

单层加单位力的楼层剪弯刚度

楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度

只要计算地震作用，一般应选择第3种层刚度算法

不计算地震作用，对于多层结构可以选择剪切层刚度算法，高层结构可以选择剪弯层刚度

不计算地震作用，对于有斜支撑的钢结构可以选择剪弯层刚度算法

D注意事项:

转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比，一般取转换层上下等高的层数计算。

层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大1.15，这里程序将由用户自行控制。

当采用第3种层刚度的计算方式时，如果结构平面中的洞口较多，这样会造成楼层平均位移的计算误差增加，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算层刚度。

选择剪切、剪弯层刚度时，程序默认楼层为刚性楼板。

2周期比的控制

周期比---第一扭转周期与第一侧振周期的比值

周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。

所以一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。

一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性

验算周期比的目的，主要为控制结构在罕遇大震下的扭转效应。

B规范条文

高层规程第4.3.5条，要求：

结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85

抗归中没有明确提出该概念，所以多层时该控制指标可以适当放松，但一般不大于1.0。

C计算方法及程序实现

程序计算出每个振型的侧振成份和扭振成份，通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征。

周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1（注意：

在某些情况下，还要结合主振型信息来进行判断）。

知道了Tt和T1，即可验证其比值是否满足规范

D注意事项

复杂结构的周期比控制

多塔结构周期比：

对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。

如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚。

体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。

当高层建筑楼层开洞口较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。

以过滤局部振动产生的周期

3位移比的控制

位移比---是指楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角与本楼层平均值的比

位移比的大小反映了结构的扭转效应，同周期比的概念一样都是为了控制建筑的扭转效应提出的控制参数。

（在高归4.3.5条中位移比和周期比是同时提出的）

抗规第3.4.3.1条规定：

平面不规则而竖向规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：

1）扭转不规则时，应计及扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍；

新高规的4.3.5条规定，在考虑质量偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；

且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

程序中对每一层都计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值，用户可以一目了然地判断是否满足规范。

且注意位移比的限值是根据刚性楼板假定的条件下确定的，其平均位移的计算方法，也基于“刚性楼板假定”。

控制位移比的计算模型：

按照规范要求的定义，位移比表示为“最大位移/平均位移”，而平均位移表示为“（最大位移+最小位移）/2”，其中的关键是“最小位移”，当楼层中产生0位移节点，则最小位移一定为0，从而造成平均位移为最大位移的一半，位移比为2。

则失去了位移比这个结构特征参数的参考意义，所以计算位移比时，如果楼层中产生“弹性节点”，应选择“强制刚性楼板假定”。

规范要求：

高规4.3.5条，应在质量偶然偏心的条件下，考察结构楼层位移比的情况。

层间位移角：

程序采用“最大柱（墙）间位移角”作为楼层的层间位移角，此时可以“不考虑偶然偏心”的计算条件。

复杂结构的位移控制

复杂结构，如坡屋顶层、体育馆、看台、工业建筑等，这些结构或者柱、墙不在同一标高，或者本层根本没有楼板，此时如果采用“强制刚性楼板假定”，结构分析严重失真，位移比也没有意义。

所以这类结构可以通过位移的“详细输出”或观察结构的变形示意图，来考察结构的扭转效应。

对于错层结构或带有夹层的结构，这类结构总是伴有大量的越层柱，当选择“强制刚性楼板假定”后，越层柱将受到楼层的约束，如果越层柱很多，计算失真。

总之，结构位移特征的计算模型之合理性，应根据结构的实际出发，对复杂结构应采用多种手段。

[最后修改由Admin,于2006-06-0615:

42:

55]

浅谈PKPM在小高层住宅中的应用

[2006-05-0723:

05:

46|作者:

发布日期：

2006-4-80:

37:

55作者：

出处：

摘要：

本文根据《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》JGJ3-2002（以下简称《高规》）中的相关规定，结合工程实际对在PKPM中如何实现短肢剪力墙的输入及其计算结果进行分析。

关键词：

PKPMSATWE短肢剪力墙小高层

1、前言

　　目前，对于12～16层的小高层建筑，采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理的短肢剪力墙结构得以普遍应用。

短肢剪力墙的受力、变形特征，类似以框剪结构，它比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别也比框剪结构小，传给基础的荷载更均匀、合理。

它的结构布置方式灵活，墙肢可长可短，由于这种结构体系、结构布置不太规则，构件形式较多，因此一般均采用空间有限元分析软件SATWE计算。

　　本文根据《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》JGJ3-2002（以下简称《高规》）中的相关规定，结合工程实际对在PKPM中如何实现短肢剪力墙的输入及其计算结果进行分析。

2、短肢剪力墙的布置

　　根据《高规》7.1.1条要求短肢剪力墙布置应遵循以下原则：

（1）、将一般剪力墙布置在建筑四角处，短肢剪力墙应双向均匀对称布置，尽量避免单向有墙的布置形式。

（2）、短肢剪力墙的数量应适中，布置不宜太密，应满足结构所需的竖向承载力及抗侧力要求。

（3）、短肢剪力墙平面布置应尽量对齐，竖向布置应上下连续，避免刚度突变。

3、在PKPM中应注意的问题（以PKPM版本为2004年11月版为例）

（1）、剪力墙在PMCAD中的输入一般来说，我们建议：

若剪力墙洞口比较大，即洞口形成的高跨比不小于5时，洞口之间部分以弯曲变形为主，则应在洞口两端各增加节点按连梁方式输入；

若剪力墙洞口不大，即洞口形成的高跨比小于5时，洞口之间部分以剪切变形为主，则应按剪力墙开洞方式输入。

（2）、《高规》将短肢剪力墙定义为墙肢高度与厚度之比为5～8的剪力墙，同时，《高规》7.2.5条规定不宜采用墙肢高度与厚度之比小于5的剪力墙；

对墙肢高度与厚度之比不大于3的墙，应按柱的要求进行设计。

因此，在PMCAD中，我们应尽量避免采用墙肢高厚比在3～5之间的剪力墙，当采用墙肢高厚比不大于3的剪力墙时，则应按柱的形式输入。

（3）、在SATWE前处理中，对于“结构体系”是应设定为“短肢剪力墙结构”还是设定为“剪力墙结构”，一般应需要进行一遍计算后查看SATWE后处理中的“框架柱倾覆弯矩及0.2Q0调整系数”（WV02Q.OUT）中的短肢墙部分承担的地震倾覆力矩。

若其不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%，则应将“结构体系”设定为“短肢剪力墙结构”，这也是判定短肢剪力墙结构的上限。

超过此上限说明短肢剪力墙占的比例太大，这种结构是不允许的，应减少短肢墙数量。

若短肢墙部分承担的地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的比例很小（笔者认为小于15％），则应将“结构体系”设定为“剪力墙结构”，结构中不用区分短肢剪力墙还是一般剪力墙，一律按剪力墙处理。

　　将“结构体系”设置为“短肢剪力墙结构”后，程序自动将其中的短肢剪力墙，即墙肢高度和宽度之比不大于8的剪力墙的抗震等级提高一级，用提高后的抗震等级进行短肢剪力墙墙肢的轴压比控制和剪力设计值放大。

（4）、SATWE中对短肢剪力墙的判断是单肢认定，它对于有长肢翼缘的T形、L形等剪力墙的短肢部分仍认为是短肢剪力墙，这是不对的，因此我们应在SATWE前处理的“特殊构件补充定义”中将这种假短肢剪力墙的抗震等级单独定义。

但即使这样，在计算短肢剪力墙承担的地震倾覆力矩中仍然包括了这些假短肢墙的弯矩。

4、工程实例

　　劳伦斯小高层住宅工程总建筑面积8000m2，地上12层，地下1层，房屋总高度35.4m。

本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，结构抗震等级为三级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地土类别为Ⅱ类，地面粗糙度类别为B类，基本风压值取0.40KN/m2。

下图为本工程的剪力墙结构布置图。

5、计算结果分析

（1）、剪重比的控制

　　控制剪重比，是要求结构承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求。

剪重比是反映地震作用大小的重要指标，它可以由“有效质量系数”来控制，当“有效质量系数”大于90%时，可以认为地震作用满足规范要求，此时，再考察结构的剪重比是否合适，否则应修改结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求。

有效质量系数与振型个数有关，如果有效质量系数不满足90%，则可以通过增加振型数来满足。

　　本工程平面及竖向均比较规则，在SATWE中设计时选取了15个振型进行计算，在WZQ.OUT结果文件中查看X、Y向有效质量系数及楼层最小剪重比如下：

X方向的有效质量系数:

92.71%

Y方向的有效质量系数:

90.59%

X向楼层最小剪重比：

1.88%

Y向楼层最小剪重比：

2.24%

　　两个方向有效质量系数均超过90%，说明计算振型数够了。

两个方向的楼层最小剪重比均满足《抗震规范》第5.2.5条要求的楼层最小剪重比1.60%。

（2）、周期比的控制

　　验算周期比的目的，主要是为了控制结构在罕遇大震下的扭转效应。

如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。

一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性。

　　本工程WZQ.OUT文件中自振周期结果如下：

振型号周期转角平动系数（X+Y）扭转系数

11.17080.030.95（0.95+0.00）0.05

20.976690.021.00（0.00+1.00）0.00

30.7856179.880.10（0.06+0.04）0.90

40.32880.010.98（0.97+0.00）0.02

50.243190.011.00（0.00+1.00）0.00

60.198389.910.11（0.04+0.07）0.89

70.16490.050.96（0.96+0.00）0.04

80.134790.101.00（0.00+1.00）0.00

90.1339179.750.71（0.68+0.02）0.29

100.12770.370.55（0.53+0.01）0.45

110.11800.070.61（0.58+0.03）0.39

120.108190.031.00（0.02+0.98）0.00

130.09440.180.65（0.59+0.06）0.35

140.092789.980.29（0.03+0.27）0.71

150.08510.110.47（