1、前言
目前，對于12～16層的小高層建筑，采用既可以保證結構的剛度、位移，又可以使室內(nèi)空間方正合理的短肢剪力墻結構得以普遍應用。短肢剪力墻的受力、變形特征，類似以框剪結構，它比框架結構的剛度分配、內(nèi)力分配更合理，結構的變形協(xié)調(diào)導致的豎向位移差別也比框剪結構小，傳給基礎的荷載更均勻、合理。它的結構布置方式靈活，墻肢可長可短，由于這種結構體系、結構布置不太規(guī)則，構件形式較多，因此一般均采用空間有限元分析軟件satwe計算。
本文根據(jù)《高層建筑鋼筋混凝土結構技術規(guī)程》jgj3-2002（以下簡稱《高規(guī)》）中的相關規(guī)定，結合工程實際對在pkpm中如何實現(xiàn)短肢剪力墻的輸入及其計算結果進行分析。
2、短肢剪力墻的布置根據(jù)《高規(guī)》7.1.1條要求短肢剪力墻布置應遵循以下原則：
（1）、將一般剪力墻布置在建筑四角處，短肢剪力墻應雙向均勻?qū)ΨQ布置，盡量避免單向有墻的布置形式。
（2）、短肢剪力墻的數(shù)量應適中，布置不宜太密，應滿足結構所需的豎向承載力及抗側力要求。
（3）、短肢剪力墻平面布置應盡量對齊，豎向布置應上下連續(xù)，避免剛度突變。
3、在pkpm中應注意的問題（以pkpm版本為2004年11月版為例）（1）、剪力墻在pmcad中的輸入一般來說，我們建議：若剪力墻洞口比較大，即洞口形成的高跨比不小于5時，洞口之間部分以彎曲變形為主，則應在洞口兩端各增加節(jié)點按連梁方式輸入；若剪力墻洞口不大，即洞口形成的高跨比小于5時，洞口之間部分以剪切變形為主，則應按剪力墻開洞方式輸入。
（2）、《高規(guī)》將短肢剪力墻定義為墻肢高度與厚度之比為5～8的剪力墻，同時，《高規(guī)》7.2.5條規(guī)定不宜采用墻肢高度與厚度之比小于5的剪力墻；對墻肢高度與厚度之比不大于3的墻，應按柱的要求進行設計。因此，在pmcad中，我們應盡量避免采用墻肢高厚比在3～5之間的剪力墻，當采用墻肢高厚比不大于3的剪力墻時，則應按柱的形式輸入。
（3）、在satwe前處理中，對于“結構體系”是應設定為“短肢剪力墻結構”還是設定為“剪力墻結構”，一般應需要進行一遍計算后查看satwe后處理中的“框架柱傾覆彎矩及0.2q0調(diào)整系數(shù)”（wv02q.out）中的短肢墻部分承擔的地震傾覆力矩。若其不大于結構總底部地震傾覆力矩的50%，則應將“結構體系”設定為“短肢剪力墻結構”，這也是判定短肢剪力墻結構的上限。超過此上限說明短肢剪力墻占的比例太大，這種結構是不允許的，應減少短肢墻數(shù)量。若短肢墻部分承擔的地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩的比例很小（筆者認為小于15％），則應將“結構體系”設定為“剪力墻結構”，結構中不用區(qū)分短肢剪力墻還是一般剪力墻，一律按剪力墻處理。
將“結構體系”設置為“短肢剪力墻結構”后，程序自動將其中的短肢剪力墻，即墻肢高度和寬度之比不大于8的剪力墻的抗震等級提高一級，用提高后的抗震等級進行短肢剪力墻墻肢的軸壓比控制和剪力設計值放大。
（4）、satwe中對短肢剪力墻的判斷是單肢認定，它對于有長肢翼緣的t形、l形等剪力墻的短肢部分仍認為是短肢剪力墻，這是不對的，因此我們應在satwe前處理的“特殊構件補充定義”中將這種假短肢剪力墻的抗震等級單獨定義。但即使這樣，在計算短肢剪力墻承擔的地震傾覆力矩中仍然包括了這些假短肢墻的彎矩。
4、工程實例勞倫斯小高層住宅工程總建筑面積8000m2，地上12層，地下1層，房屋總高度35.4m。本工程建筑結構的安全等級為二級，抗震設防類別為丙類，結構抗震等級為三級，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，場地土類別為ⅱ類，地面粗糙度類別為b類，基本風壓值取0.40kn/m2。
5、計算結果分析
（1）、剪重比的控制
控制剪重比，是要求結構承擔足夠的地震作用，設計時不能小于規(guī)范的要求。剪重比是反映地震作用大小的重要指標，它可以由“有效質(zhì)量系數(shù)”來控制，當“有效質(zhì)量系數(shù)”大于90%時，可以認為地震作用滿足規(guī)范要求，此時，再考察結構的剪重比是否合適，否則應修改結構布置、增加結構剛度，使計算的剪重比能自然滿足規(guī)范要求。有效質(zhì)量系數(shù)與振型個數(shù)有關，如果有效質(zhì)量系數(shù)不滿足90%，則可以通過增加振型數(shù)來滿足。
本工程平面及豎向均比較規(guī)則，在satwe中設計時選取了15個振型進行計算，在wzq.out結果文件中查看x、y向有效質(zhì)量系數(shù)及樓層最小剪重比如下：
x 方向的有效質(zhì)量系數(shù): 92.71%
y 方向的有效質(zhì)量系數(shù): 90.59%
x向樓層最小剪重比： 1.88%
y向樓層最小剪重比： 2.24%
兩個方向有效質(zhì)量系數(shù)均超過90%，說明計算振型數(shù)夠了。兩個方向的樓層最小剪重比均滿足《抗震規(guī)范》第5.2.5條要求的樓層最小剪重比1.60%。
（2）、周期比的控制
驗算周期比的目的，主要是為了控制結構在罕遇大震下的扭轉效應。如同位移比的控制一樣，周期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不致于出現(xiàn)過大（相對于側移）的扭轉效應。所以一旦出現(xiàn)周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調(diào)整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調(diào)整往往收效甚微。一句話，周期比控制不是在要求結構足夠結實，而是在要求結構承載布局的合理性。
本工程wzq.out文件中自振周期結果如下：
振型號 周期 轉 角 平動系數(shù) (x+y) 扭轉系數(shù)
1 1.1708 0.03 0.95 ( 0.95+0.00) 0.05
2 0.9766 90.02 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00
3 0.7856 179.88 0.10( 0.06+0.04 ) 0.90
4 0.3288 0.01 0.98 ( 0.97+0.00) 0.02
5 0.2431 90.01 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00
6 0.1983 89.91 0.11 ( 0.04+0.07 ) 0.89
7 0.1649 0.05 0.96( 0.96+0.00 ) 0.04
8 0.1347 90.10 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00
9 0.1339 179.75 0.71( 0.68+0.02 ) 0.29
10 0.1277 0.37 0.55 ( 0.53+0.01) 0.45
11 0.1180 0.07 0.61 ( 0.58+0.03) 0.39
12 0.1081 90.03 1.00 ( 0.02+0.98 ) 0.00
13 0.0944 0.18 0.65 ( 0.59+0.06) 0.35
14 0.0927 89.98 0.29 ( 0.03+0.27 ) 0.71
15 0.0851 0.11 0.47 ( 0.46+0.01) 0.53
當平動系數(shù)大于0.5時，該振型為以平動為主的振型。反之，當扭轉系數(shù)大于0.5時，該振型為以轉動為主的振型。
從上面結果中可以查得，結構以扭轉為主的第一自振周期t3＝0.7856s，以平動為主的第一自振周期t1＝1.1708s，t3/t1 ＝0.671＜0.9，滿足《高規(guī)》第4.3.5條的規(guī)定。
（3）、位移比的控制
位移比的大小反映了結構的扭轉效應。計算位移比時，如果樓層中產(chǎn)生“彈性節(jié)點”，應選擇“強制剛性樓板假定”。
在satwe后處理中查看本工程結構位移文件wdisp.out，結果如下：
a）、最大值層間位移角
x方向最大值層間位移角: 1/2161.
y方向最大值層間位移角: 1/2495.
滿足《高規(guī)》4.6.3條最大值層間位移角≤1/1000的規(guī)定。
b）、最大位移與層平均位移的比值、最大層間位移與平均層間位移的比值
x方向最大位移與層平均位移的比值: 1.12
x方向最大層間位移與平均層間位移的比值：1.18
y方向最大位移與層平均位移的比值: 1.06
y方向最大層間位移與平均層間位移的比值：1.18
滿足《高規(guī)》4.3.5條最大位移層間位移和與層平均值的比值a級高度高層建筑不宜大于1.2，不應大于1.5的規(guī)定。
（4）、剛度比的控制
按《高規(guī)》7.1.2條規(guī)定，抗震設計的一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構總底部地震傾覆力矩的50%。
本工程底部短肢墻地震傾覆彎矩百分比如下：
短肢墻傾覆彎矩 墻傾覆彎矩 短肢墻傾覆彎矩百分比
3層 x向地震: 24633.7 36285.8 40.44%
3層 y向地震: 20095.4 55785.2 26.48%
2層 x向地震: 27257.6 41347.7 39.73%
2層 y向地震: 22330.8 62988.2 26.17%
1層 x向地震: 29733.9 50949.3 36.85%
1層 y向地震: 25940.5 70792.5 26.82%
很明顯，本工程短肢墻傾覆承受的底部地震傾覆彎矩均小于總底部地震傾覆彎矩的50%。
6、總結本文主要以剪力墻結構中的落地短肢剪力墻為例，介紹了在satwe軟件中應注意的問題以及對設計結果進行分析。另外針對下部為轉換層上部短肢剪力墻結構，則要求其加強區(qū)應按框支剪力墻結構的要求設計。非加強區(qū)沒有特殊要求也可以按復雜高層設計，有特殊要求，可以按短肢剪力墻結構設計加強。結構的位移控制、轉換層強制薄弱層、轉換梁、框支柱、配筋構造等等，均應按“復雜高層結構”控制、設計。對于pkpm中的tat軟件，它采用的是三維空間模型，對剪力墻采用薄壁柱的原理計算，對梁柱采用空間桿系原理計算，當連梁跨高比大于4時，采用這種模型計算誤差很小，但實際工程往往并非如此，因此短肢剪力墻一般采用satwe計算。
綜上所述，對于一個結構設計者來說，首先應對其設計計算的軟件功能有切實的了解，其次應選取符合結構實際工作情況的計算模型及符合現(xiàn)行規(guī)范要求的計算方法，最后還應對計算結果進行正確的判別，確認其合理有效后方可在設計中應用。