高層房屋短肢剪力墻結構的設計分析

羅　西（四川中恒工程設計研究院有限公司湖南分公司，湖南長沙410000）

高層房屋短肢剪力墻結構的設計分析

羅西（四川中恒工程設計研究院有限公司湖南分公司，湖南長沙410000）

在高層房屋建設中應用短肢剪力墻結構能解決傳統框架結構對空間要求嚴格、露梁等問題，并且可以降低結構自重，實現住宅空間的靈活分割。基于此，本文主要對短肢剪力墻結構的基本概述以及短肢剪力墻在高層房屋結構中的重要性進行了簡要的分析，并就簡單的工程案例分析了高層房屋短肢剪力墻結構設計具體應用，以供相關人員參考。

高層房屋；短肢剪力墻；設計分析

1　引言

社會經濟的不斷發展，傳統的建筑形式已經難以與人們的生活和工作的需求相滿足，而高層房屋建筑業就成為了建筑行業發展的一個必然趨勢，將短肢剪力墻結構設計應用到高層房屋中來能夠有效確保建筑結構的穩定性，提高施工質量，因此加強對其研究分析有著十分重要的意義。

2　短肢剪力墻在高層短肢剪力結構中的重要性

2.1靈活性

短肢剪力墻具有較強的靈活性，可以根據實際的建筑平面情況來對短肢剪力墻進行空間布置，通過對其數量、長度、位置等方面的調整來最大限度地滿足建筑物的設計要求。

2.2可協調性

短肢剪力墻具有較強的協調性，可以與建筑物的結構進行協調，對墻肢和墻體厚度進行統一，確保各個墻體在同一垂直面內。

2.3應用性

在高層房屋應用短肢剪力墻時，能夠根據墻體的實際數量，以及墻肢的長度，及時的對墻肢的側向剛度進行調整，確保抗側力符合工程的設計要求。同時，將柱梁墻布置在同一垂直平面內時，能夠進一步增加柱梁的隱蔽性，增大室內的空間，防止墻柱出現外凸，滿足建筑物內部的美觀與舒適性要求。

3　高層房屋短肢剪力墻結構的設計

3.1工程案例

某工程高層房屋的建筑總面積為7932m2，標準層的建筑面積為475m2，建筑縱向長度為23.20m，橫向長度為24.20m，層數為16層，建筑總高度為50.4m，外墻、分戶墻、梯間墻使用200mm的加氣混凝土輕質磚，其余為100mm厚加氣混凝土輕質磚墻，采用短肢剪力墻結構進行設計，建筑設計的抗震設防烈度為Ⅵ度，標準層如圖1所示。

圖1　標準層結構平面圖

3.2對主體結構的設計

3.2.1結構選擇

按照相關要求，柱和梁都不允許在房間出現。本工程給出了兩個結構方案進行選擇，即異形柱框架結構以及短肢剪力墻結構。因為各種原因排除了異形柱框架結構方案。然后初步對短肢剪力墻結構進行了估算，發現相關的軸壓比、扭轉以及側移等條件均能達到相關規定，因此最終選擇了短肢剪力墻方案。

3.2.2結構布置

該工程中在剪力墻方面的結構布置需滿足以下條件：保證建筑結構的承載力、降低扭轉、控制相關的結構變形以及對軸壓比的控制等綜合指標控制。具體結構布置的控制措施如下：

（1）結合工程實際進行施工

按照相關建筑方面的技術要求，高層房屋在結構設計中不能全面采用短肢剪力墻構造，應該在樓梯間的位置適當布置長剪力墻結構，同時將電梯間與建筑進行結合設計，設計方案為短肢剪力墻結構。其他部位按照小開間構造進行相關的剪力墻布置，針對內外墻的結合位置采用短肢剪力墻布置。為了保證短肢剪力墻在建筑中的隱蔽性，按照相關要求的設計形狀進行短肢剪力墻的具體布置。

（2）科學布置水平抗側力結構

為了能夠科學地進行水平抗側力結構布置，要將軸線的水平抗側構件布置合理，從而降低結構扭轉現象的發生。進行剪力墻的布置時應采用合理的程序，對結構進行科學分析，同時按照分析結果對軸線上的墻肢的具體長度進行合理調整，從而使建筑的剛度中心和質量中心的偏差最小。按照相關的建筑技術行業規程，對建筑在地震等特殊狀態下的偶然性偏心以及相關的移位進行控制。同時有效的限制高層建筑的最高高度。

（3）控制好剪力墻的軸壓比

該工程在抗震等級為Ⅳ級，經實踐研究表明，該工程中短肢剪力墻的相關軸壓比應控制在0.7以下，將一字型的短肢剪力墻的軸壓比應控制在0.6以下。剪力墻的肢長必須滿足相關的技術要求，而且應兼顧相關的門窗洞口的實際需要。同時對剪力墻的外墻、內墻厚度以及下墻肢加厚進行了明確。

（4）正確使用混凝土材料

為了保持在豎向剛度的連續性，對相關樓層的混凝土剛度進行了明確規定，即4層以下使用C40混凝土，5～8層使用C35混凝土，9層以上使用C30混凝土，樓板和梁體使用C25混凝土，豎直方向上剪力墻截面保持不變。

（5）嚴格遵循相關的設計要求進行設計

該建筑的內墻以及外墻的截面厚度按照相關要求執行，初步決定梁的高度按照設計跨度的1/10進行設計。為保證建筑結構的達到相關要求，應合理設計剪力墻的數量。若布置的剪力墻數量太少，則結構的剛性不足；若布置得過于密集，則不但提高了地震力而且會造成建筑成本的增加。應參考相關的指標進行具體的剪力墻設計布置。

（6）做好數據分析工作

在該工程的建造設計中，使用的SATWE分析軟件，其主要是為取得高層房屋結構空間結構分析取得較為科學的設計數據而開發的，該軟件能夠完成較為復雜的高層混凝土結構體系中的計算。該軟件根據殼元理論為依據，科學的對剪力墻的剛度進行模擬與計算。具體結構在受到相關風荷載以及地震作用時的位移見圖2。

由圖2能夠清楚的看出建筑在地震力以及風荷載的作用下對結構變形的具體程度。參考壁率指標，通過相關的移位計算結果發現，利用短肢剪力墻結構進行設計對建筑結構移位現象的控制具有較好的作用。

4　短肢剪力墻在結構設計中的注意事項

4.1嚴格控制短肢墻的軸壓比

圖2　結構在風荷載和地震作用下的位移圖

要對短肢墻的軸壓比進行嚴格控制，尤其是無端柱或無翼緣式的短肢剪力墻。當剪力墻在承受壓彎作用時處于小偏壓狀態，則墻的延伸性較差。如果軸壓比較大，那么混凝土受壓區在邊沿位置的應力就會非常高，這時若混凝土邊緣約束力不足，就會出現縱向裂縫等不良后果，最終使構件喪失相關基本能力。所以，短肢墻的軸壓比應在進行相關設計時就嚴格控制，從而保證地震發生時短肢墻有足夠的延性，不至于發生脆性破壞。

4.2正確計算短肢剪力墻結構的基本特性

所謂“短肢”是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，首先要明確短肢剪力墻屬于剪力墻的一種，其計算與配筋方式和構造要求基本與剪力墻結構相同。在進行桿件內力計算以及結構方面的相關動力特性分析時，要求采用三維計算方法。在豎向構件分為薄壁桿模型和墻元模型兩種，薄壁桿模型是一種精確度較低的簡化模型；而墻元模型則是一種高精度力學模型。

4.3做好墻肢的分布設計

在滿足軸壓比的前提下盡可能的均勻的分布設計各墻肢，確保墻體剛度中心和建筑物的形心最大限度的接近；在抗震設計方面應按照相關的規范要求嚴格執行。同時要將鋼筋的空間分布設計布置合理，避免為鋼筋下料時帶來不便。另外，還需要高度重視相鄰樓層之間側向剛度比的設計。

4.4分析結構體系

由于短肢剪力墻的抗震薄弱部分在建筑邊緣以及角點的墻肢，最應防控的是因翹曲變形的一字型狀況，這種狀況最易形成相連梁的首先開裂。所以，應在相關設計中提高應對措施：對外緣角點的短肢剪力墻增加各種鋼筋用量，減少軸壓比，從而保證相關剪力墻的結構抗震性能。

5　結語

總而言之，將短肢剪力墻結構廣泛的應用在高層房屋建筑中相比于傳統的剪力墻結構更具靈活性以及整潔性，能夠有效滿足人們對于室內空間的需求，而短肢剪力墻抗震性能相對剪力墻結構較差，因此，在對建筑物進行設計時，需要根據建筑物的實際情況來進行科學的設計，并充分融入相關的抗震理念，使得建筑結構的穩定性得到進一步提高，滿足了人們日常生活和工作的需求的同時，使得建筑行業得到進一步的發展。

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[3]劉桂航.對高層房屋短肢剪力墻結構設計的分析[J].建材與裝飾，2014（39）：63.

TU398.2

A

2095-2066（2016）31-0149-02

2016-9-20

羅 西（1982-），男，工程師，本科，主要從事建筑結構設計工作。