概述高層建筑框支短肢剪力墻結構設計

摘要：在高層建筑結構中，采用短肢剪力墻結構設計，不僅可以有效的保證建筑結構的剛度和強度，還滿足了建筑工程施工的要求，使其建筑結構的美觀不會受到影響。但目前這種框架結構在我國建筑工程施工中應用得還不夠成熟，因此我們對其進行施工的時候，要對其結構設計進行嚴格的要求，避免短肢剪力墻結構中存在的問題，影響整個工程的施工質量。

關鍵詞：高層建筑;剪力墻;結構設計

1.短肢剪力墻的概念

《高層建筑混凝土結構技術規程》中規定，短肢剪力墻是指墻肢截面高度（水平截面的長度）與厚度（水平截面的寬度）之比為5～8的剪力墻，一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻。短肢剪力墻較多時，形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構，稱為短肢剪力墻結構。短肢剪力墻結構在建筑工程中的使用需滿足一個必要條件，即抗震設計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的50%。這是由于短肢剪力墻結構抗震能力較弱，故高層建筑結構中短肢剪力墻較多時，應布置一般剪力墻（或筒體），建立合理的剪力墻體系，共同抵抗水平力。

2.短肢剪力墻結構體系的優點

隨著短肢剪力墻結構體系在小高層建筑結構設計中的廣泛應用，可以從實踐中看出該結構體系的優點主要體現在滿足小高層建筑的功能需求和滿足結構設計需求這兩大方面。

首先，在建筑功能方面，短肢剪力墻的墻肢設計是與填充墻的厚度相同的，且短肢剪力墻與各個墻體之間的梁的連接是處于墻體的豎立平面內的，這就很好的實現了框架結構中梁柱外露的問題;在短肢剪力墻結構的施工中，大都是采用的較為輕質的建筑材料，以減少結構的負重荷載;短肢剪力墻由于其自身特性而在一定程度上增大了施工難度，但其能夠很好的擴大建筑內部的有效使用面積，因此，仍然是具有很大推廣價值的。

其次，在結構設計方面，短肢剪力墻結構要比普通框架-剪力墻具有更好的隱蔽性，使墻肢與梁可以隱藏在墻體內，方便了用戶對內部結構的靈活設計應用。且在設計中，短肢剪力墻對于墻的數量和肢長的確定也更加靈活，可以通過計算建筑的抗側力需求來確定數量的多少以及肢長的長短，同時，墻體剛度的大小和剛度中心位置的確定，也都可以根據實際情況靈活調整，使建筑結構設計更加貼合實際的需要。另外，在小高層住宅結構設計中，短肢剪力墻與常用的普通剪力墻體系相比，其具有的特點主要體現在以下幾點：充分利用墻肢的承載能力，避免傳統剪力墻結構中墻體過長而通常為構造配筋的浪費;減輕結構自重，降低主體結構和基礎造價，尤其對于地基承載力較低的地區經濟效益顯著;結構自振周期相對加大，彌補剪力墻體系抗側剛度大，從而地震反應加大的缺點;主體結構中大多數墻肢呈受彎工作狀態，從而保證墻體具有足夠的延性。同時大多數連梁的跨高比大于25，保證整體剛度的同時降低連梁的自身剛度，避免連梁的剪切破壞，使連梁也具有足夠的延性，以此來彌補剪力墻體系延性的不足。

3.短肢剪力墻構造要求

短肢剪力墻結構的截面設計及構造措施，應遵循《建筑抗震設計規范》（GB50011―2010）中有關章節的規定進行設計。剪力墻截面的設計，應通過正截面偏心受壓、偏心受拉的計算，在滿足最小筋率要求的前提下，確定墻肢端部的受力鋼筋，即約束邊緣構件或構造邊緣構件的縱筋，由斜截面抗剪計算出墻肢腹板水平分布鋼筋。短肢剪力墻結構的構造要求同一般剪力墻結構。短肢剪力墻一般適用于“小高層”結構。由。剪力墻端部暗柱的設置，目前各設計院在短肢剪力墻的結構設計中有形式。一種是端部做暗柱，設置剪力墻水平和豎向分布筋，另一種有點類似異形柱的配筋方法，以腹部均勻配筋，腹部鋼筋面積根據電算時，人為設置豎向分布筋的配筋率來計算，電算出的暗柱鋼筋面積放在端部。這兩種配筋形式何種更為有利，需視實際情況而定。對于肢長較短的短肢剪力墻，后者的配筋形式較為簡化，有利施工，且用鋼量稍偏優。對于肢長較長的短肢剪力墻，應采用前者的配筋形式設暗柱。本工程即是這樣原則進行短肢墻的配筋的。剪力墻的連梁應進行斜截面受剪和正截面受彎承載力計算.連梁的正截面配筋，按矩形截面構件計算，取上、下配筋的較大值，按對稱配筋置于梁截面上、下部位。按斜截面抗剪計算所得的箍筋沿壘跨加密設置，對于個別連梁，因其跨度小，剛度很大，地震作用下允許連梁局部開裂，可將連梁的剛度予以折減，抗震設計的剪力墻的連梁彎矩及剪力也可進行塑性調幅，以降低其剪力設汁值，若在內力計算時已經折減連梁的剛度，則調幅的范圍應當受到限制或不再進行調幅，以避免在使用狀況下連梁中裂縫開展過早、過大。當部分連梁降低彎矩設計值后，其余部位連梁和墻肢的彎矩設計值應相應提高。

4.短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節及概念設計

短肢剪力墻結構是介于框架一剪力墻結構和一般剪力墻結構之間的一種結構形式，其抗震薄弱環節是建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、“一字形”短肢剪力墻及連梁。當有扭轉效應時，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂;在地震作用下，高層短肢剪力墻結構將以整體彎曲變形為主，短肢剪力墻因截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一字形”小墻肢破壞最嚴重;在短肢剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對減小，連接短肢剪力墻間的連梁已類似普通框架梁，其受剪破壞的町能性增加。因此，在短肢剪力墻結構設計中，對這些薄弱環節，應加強概念設計和抗震構造措施。例如，短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，必要時可用一般剪力墻來調整剛度中心，使剛度中心盡量接近建筑物質心，以減小扭轉效應;由于短肢剪力墻的抗側移剛度相對較小，故設計時應盡量利用電梯、樓梯間來形成一個核心筒，確保結構有足夠的剛度，共同抵抗水平力;核心筒作為主要抗側力構件時，設計中應保證核心筒與其外圍結構的連接區域可靠;短肢剪力墻的最小截面厚度要滿足規范要求的200mm，適當增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度及長度，嚴格控制短肢剪力墻截面的軸壓比不超過規范要求，并加強短肢剪力墻（尤其是底部）的配筋，以提高墻肢的抗扭剛度、承載力和延性;短肢剪力墻截面小，壁薄，平面外穩定性差，故宜在兩個方向均有梁與之拉結，連梁宜布置在各肢的平面內，避免采用“一字形”墻肢，否則應采取加大配筋、減小軸壓比、設置端柱等加強措施;高層結構中連梁是一個耗能構件，連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，故連梁設計中應按“強剪弱彎”的原則進行，如對跨高比≥5的連梁應按框架梁進行設計，以保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞。

5.短肢剪力墻結構設計建議

5.1短肢剪力墻應盡量設計成聯肢墻，通過各種研究試驗分析，短肢剪力墻可以很好的形成聯肢墻，可以提供足夠的剛度。獨立短肢剪力墻的剛度很低，對結構整體剛度貢獻很小。

5.2高層結構中的連梁是一個耗能構件，在短肢剪力墻結構中，墻肢剛度相對較小，連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不宜在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調，使其設計內力降低，宜按普通框架梁要求，控制混凝土壓區高度，其梁端負彎矩鋼筋可由塑性調幅70%～80%來解決，按強剪弱彎，強柱弱梁的延性要求進行計算。

6.結語

目前，剪力墻結構被廣泛的應用于高層建筑中，正在逐漸代替框架結構中的梁柱，剪力墻體系的主要作用是承受建筑物豎直和水平方向的各種荷載引起的內力，對于其他結構的水平力也可以很好地控制，對剪力墻體系的深入研究對高層建筑的設計有著重要的意義。

參考文獻：

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[2]薛云飛，馬曉霞.談剪力墻結構設計中的幾個問題[J].陜西建筑，2008，06