高層住宅建筑中短肢剪力墻結構的延性設計

中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院

摘要：高層建筑層多樓高，承受了較重的荷載，因此應該注重高層建筑的延性設計，將外力沖擊可能對高層建筑造成的損壞程度降到最低。高層建筑結構體系復雜，主要分為框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框支剪力墻結構體系、筒體結構體系、巨型結構體系等，每一種結構體系的延性設計各有不同。本文針對高層建筑剪力墻結構體系中的短肢剪力墻結構的延性設計進行探討。

關鍵詞：高層住宅建筑；機構體系；延性設計；短肢剪力墻結構

地震又稱地動或者地振動，是地殼以地震波的形式向外快速釋放能量并且產生振動的過程。地震是一種自然現象，它的發生會對建筑物造成一定的損壞。目前，我國城鎮化進程日益加快，為了減少建筑用地面積，高層建筑成為一種趨勢。高層建筑承載負荷較大，對結構的安全性造成一定風險，高層建筑結構的延性設計具有重要的意義。短肢剪力墻是高層建筑剪力墻結構體系中的一種，本文以高層住宅建筑短肢剪力墻結構的延性設計為論述對象，對其設計背景和設計要點進行了簡要分析。

一、高層住宅建筑短肢剪力墻結構的延性設計背景

近年來，隨著經濟的迅速發展，我國的城鎮化進程不斷加快。雖然我國人口增長速度已經有了明顯的下降，然而人口基數大的現實依然存在，以致于產生了建筑用地緊張的現象。為了解決這一問題，高層建筑成為一種發展趨勢。與其他建筑相比，高層建筑的樓層較多、樓體較高，不僅需要承載較多的人體荷載，而且還要承受來自建筑樓層本身的重量，高層建筑的負荷較重，高層建筑結構的延性設計具有重要意義。

延性是一個物理概念。所謂延性，是指材料的結構或者材料的構件（或構件的某個截面）從屈服開始到達最大承載能力（或到達以后），而承載能力沒有明顯的下降期間的變形能力。簡單地說，延性就是材料受到外力壓迫遭到破壞之前的塑性變形能力。延性與材料的延展性密切相關，延展性強的材料在受到外力沖擊時能夠吸收一定的能量，延性好的結構（構件或構件的某個截面）受到外力沖擊時能夠產生一定的變形，變形和吸收能量都能夠緩沖外力的沖擊，避免脆性破壞的發生。因此，為了避免高層建筑遭到地震的沖擊，必須注重對于高層建筑結構的延性設計。

在構筑物或者房屋等各種建筑物中有一種為了承受風荷載或者由于地震作用而引起的水平荷載而設計的墻體，被稱為剪力墻（又稱抗風墻、抗震墻或者結構墻）。剪力墻是高層建筑剪力墻結構體系的基本組成部分。目前，我國高層建筑結構形式比較復雜，可以分為框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框支剪力墻結構體系、筒體結構體系、巨型結構體系等，每一種結構體系的延性設計各有不同。剪力墻和高層建筑結構的延性設計（即延性結構）都是為了減少外力對建筑物的沖擊，將高層建筑因外力沖擊而受到的損壞降到最小，二者的目的是一致的，高層建筑剪力墻結構的延性設計對于減少外力對高層建筑的沖擊具有重要的作用。

所謂剪力墻結構，是指結構采用剪力墻的建筑結構體系，它是一種由縱向、橫向的鋼筋混凝土墻所組成的結構。在這種結構中，墻體主要用來緩沖外力對建筑物的沖擊，除了抵抗水平荷載和豎向荷載之外，還對建筑物起圍護和分割的作用。然而，這種結構形式對建筑物的內部劃分比較嚴格，空間較為狹小，結構延性較差。隨著社會的發展和進步，普通剪力墻對于空間的嚴格分割已經不能滿足人們對于建筑物的使用要求，短肢剪力墻結構在原有剪力墻結構的基礎之上，吸取框架結構的優點，能夠更好地布置住宅建筑空間，成為一種新興的建筑結構形式。綜上所述，探討高層住宅建筑短肢剪力墻結構的延性設計要點同樣意義重大。

二、高層住宅建筑短肢剪力墻結構的延性設計要點

1.確定恰當的截面尺寸

短肢剪力墻仍然屬于剪力墻，只不過墻肢較短而已。短肢剪力墻墻肢的截面高度與厚度的比一般在5-8左右。剪力墻的建筑主要是為了減少外力對建筑物的沖擊，短肢剪力墻也是如此，只不過其墻體主要以承載豎向負荷為主，以承擔水平荷載為輔。因此，在高層建筑短肢剪力墻結構延性設計中，不僅要將墻肢截面高度與厚度的比控制在5—8左右，而且墻肢截面尺寸必須適當。一般而言，短肢剪力墻的墻體厚度不宜小于200MM。總之，確定恰當的截面尺寸是高層住宅建筑短肢剪力墻結構的延性設計的基礎工作，必須認真對待。

2.重視材料的延性設計

我們已經說過，結構或構件的延性與材料的延展性密切相關，延展性強的材料在受到外力沖擊時能夠吸收一定的能量，減少外力的沖擊，將損失降到最小。因此，短肢剪力墻結構的延性設計，應該注重剪力墻材料的延展性。目前，我國的建筑材料主要以鋼筋混凝土為主。鋼筋混凝土材料具有雙重性，高層建筑的短肢剪力墻結構只要恰當地使用鋼筋混凝土材料，就能夠消除或者減低混凝土本身的脆性形式，充分發揮它的塑性性能，實現高層建筑短肢剪力墻結構的延性設計。

3.慎重選擇墻肢形式

通常來說，短肢剪力墻主要有T形、L形、]形、+形等幾種形式。通過觀察比對，我們發現這幾種形式的墻肢全部帶有翼緣。試驗和調研表明，在截面高度和建筑材料不變的情況下，短肢剪力墻的延性隨著翼緣寬度的增加而變大。因此，采用這幾種形式的墻肢能夠保證墻體的穩定性，實現高層建筑短肢剪力墻結構的延性設計。

4.適當控制墻肢數量和墻肢長短

短肢剪力墻結構是近年來新興的一種抗側力結構體系，雖然這種結構體系的應用已經取得了一些進展，然而在地震多發區僅僅依靠剪力墻本身進行抗震顯然還有一些需要改進的地方。因此，保證高層建筑短肢剪力墻結構的延性，不能設計只有短肢剪力墻的高層建筑，還應該適當設置一些一般剪力墻，使得短肢剪力墻能與一般剪力墻共同抵抗水平沖力，以增加短肢剪力墻結構的延性。一般來說，依據不同的抗側力，短肢墻的數量可多可少，肢長也可長可短，但是我們仍然主張即使是為了充分滿足住宅建筑的功能需求，減少梁柱的使用，剪力墻的數量也不應該過少，墻肢不宜過短。總之，適當控制墻肢數量和墻肢長短是我們在進行高層住宅建筑短肢剪力墻結構的延性設計時必須注意的要點之一。

結語：

結構形式對于建筑物的承重能力具有重要的影響，延性結構是一種能夠承受更多負荷又具有較大的塑性變形能力的建筑結構，延性結構建筑具有較強的抗震能力。目前，我國人口數量較大，建筑用地緊張，高層建筑成為一種趨勢。短肢剪力墻結構是高層建筑中一種新型的結構形式，探討短肢剪力墻結構的延性設計對于增加高層建筑的抗震能力，減少地震造成的損失，保證人們的生命財產安全具有重要的意義。

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