高層建筑短肢剪力墻結構設計探析

摘要：短肢剪力墻結構是比較特殊的剪力墻結構，其具有造價低、抗震強、空間廣等優點，能夠滿足建筑物的觀賞性要求，因而在高層建筑中得到廣泛應用。文章分析了高層建筑結構中應用短肢剪力墻結構的優點，闡述了短肢剪力墻結構的設計原則，提出了短肢剪力墻結構設計中應注意的問題，并探討了高層建筑短肢剪力墻結構的加強措施。

關鍵詞：高層建筑；短肢剪力墻；結構設計；建筑結構；建筑物 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU318 文章編號：1009-2374（2016）32-0113-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.056

近年來，隨著人們生活水平的提升，對住宅條件有了越來越高的要求，以往傳統的普通框架結構因影響到住宅美觀而越來越不被人們所接受，尤其是傳統的普通剪力墻結構因嚴格限定與分隔房屋空間，難以滿足人們對住宅空間的要求，因此產生了短肢剪力墻結構這一種新的結構型式。這一結構型式克服了傳統普通剪力結構與框架結構存在的不足，并能降低基礎及上部結構的造價，因此得到建筑商、住戶的廣泛喜愛，近年來在高層建筑結構中逐漸被推廣使用。

1 高層建筑結構中應用短肢剪力墻結構的

優點

短肢剪力墻結構即肢剪力墻較多的剪力墻結構，其主要通過連續梁使一些獨立的鋼筋混凝土墻段接連，但短肢剪力墻界面厚度要求不超過300mm，同時其高度應是厚度的4～8倍，長跨比為4～8，短肢墻總地震傾覆力矩大于30%，但不得超過50%。在高層建筑結構中短肢剪力墻結構的優點主要體現在以下兩個方面：

1.1 可根據施工情況進行控制

在高層建筑施工過程中往往存在著較多的不定性因素，但短肢剪力墻易于控制，制定短肢剪墻的尺寸、位置及數量可根據施工的實際情況來定。因短肢剪力墻可根據施工方案的變化進行調整，不會對建筑工程施工造成任何影響，從而能夠保障施工的質量。

1.2 可滿足不同的建筑結構設計要求

短肢剪力墻可通過控制其自身數量和調整自身強度滿足施工要求，同時短肢剪力墻也可隱蔽設連接的支撐柱梁。針對一些高層建筑結構，在創建整體的構造體系時可采取中心剪力墻，從而確保整個建筑物的強度與剛度值都符合國家規定的相關要求。若高層建筑的豎向結構設置較多變，為滿足建筑物的使用性能可建設間隔墻。因短肢剪力墻應用較廣泛，可根據不同的建筑結構設計特性滿足不同情況下的需求，有利于簡化高層建筑的結構設計。

2 短肢剪力墻結構的設計原則

（1）短肢剪力墻布置應盡可能均勻，以確保建筑物的剛度和質心一致，可防止高層建筑在發生地震時出現扭轉；（2）在結構布置上具有較大的可調整性、靈活性，且具有較多的可選擇方案，樓蓋的支承易處理；（3）通常在房間間隔墻的交接處布置短肢剪力墻，布置豎向構件不會與建筑使用功能相矛盾，其主要利用的是間隔墻位置。墻肢的數量不可過多或過少，一般根據具體的抗側力決定，避免結構過柔或過剛；（4）墻肢不宜過厚，以防止墻肢凸出各間隔墻表面，同時為滿足高層建筑剛度和強度的要求，應利用中心剪力墻形成主要的抗側力構件；（5）當建筑物造型不規則或水平荷載較大時，應將短肢剪力墻布置在平面各邊緣處及各角點以加強結構的整體性和滿足結構平面剛度的要求。

3 高層建筑短肢剪力墻結構設計中應注意的問題

3.1 不適合所有高層建筑結構

短肢剪力墻結構體系并不適合所有的高層建筑結構，若設計的短肢剪力墻比較多，則需要設置一個一般剪力墻，其可以與短肢剪力墻有共同抵抗水平的剪力墻結構。如果建筑設計中剪力墻結構中的短肢剪力墻比較短時，剪力墻的適用高度應達到規范中剪力墻結構規定值略低即可，若建筑設計為抗震7級則其高度應在100m以內，抗震設計為8度時應低于60m。此外，對于設計抗震標準9級的A級、B級高層建筑，應最大程度減少短肢剪力墻的結構設計。

3.2 剪力墻洞的布置

在剪力墻洞口設計時，筆者認為應注意以下三點：（1）剪力墻洞口設計的位置應嚴格參照標準執行，洞口設計呈排或者成列狀，這樣確保應力有規則分布，且確保墻肢、連梁明確，從而避免剪力墻的墻肢剛度與洞口設計相距過大；（2）若在設計時需要布置一個疊合錯洞墻、錯洞剪力墻，其洞口疊合或錯開距離小，導致出現不規則墻肢，且應力及構造分布較復雜，洞口之間易存在薄弱部位，因此應避免在洞口設置剪力墻。若為工程需要，則應用輕質材料將疊合洞口填補或對洞口周邊采取加強措施，這樣可以讓洞口剪力墻相對比較規則；（3）在設計洞口時，筆者建議采取準確的分析方法并運用多種模型，以此對大量不規則洞口進行簡化處理，必要是可進行校核或者重新分析計算。

3.3 加強抗震薄弱環節

在短肢剪力墻結構布置時應加強抗震薄弱環節。具體措施如下：（1）盡可能在墻肢的豎向平面內布置連梁，且每道短肢剪力墻宜與兩個方向的梁連接。在兩個方向上應有短肢剪力墻連接，且將翼緣也設置在另一方向上，盡可能避免出現“一字形”短肢剪力墻；（2）均勻布置短肢剪力墻，均勻分布各墻肢，墻的軸向應力不能有太大的差別，并讓建筑的形心與結構強度中心能夠保持一致。在設計豎向短肢剪力墻時為了預防孔口出現錯位現象，應上下對齊建筑的墻肢，這樣可以與連梁結構形成一個抗側力體系，從而提升短肢剪力墻的抗震性能；（3）可采用強墻柱弱連梁體系設計短肢剪力墻結構；（4）由于短肢剪力墻的結構抗側力剛度相對來說比較較小，此時可借助電梯或者樓體等核心筒或者增加自身長度，以此來達到良好的抗震效果，進一步增強建筑結構的剛性，防止建筑結構因地震受到強烈的沖擊而出現變形；（5）底部外圍小墻肢在水平力的作用下會承受較大的扭轉剪力和豎向荷載，造成墻肢開裂，對此可以通過減小軸壓比，加大配筋量和外周邊墻肢厚度等措施，使高層建筑抗震性能提高。

4 高層建筑短肢剪力墻結構的加強措施

針對短肢剪力墻設計中的薄弱部位應采取加強措施，具體如下：（1）在抗震設計過程中，與建筑結構總底部地震傾覆力矩相比，筒體和剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩應至少大于一半以上；（2）底部加強部位及其他各層都應對短肢剪力墻的剪力設計值進行調整，無論是非抗震還是抗震設計，要求短肢剪力墻截面最小厚度應不低于200mm，以防止短肢剪力墻過早剪壞；（3）為使短肢剪力墻的延性得到改善，抗震等級為一級時，在重力荷載代表值作用下各層短肢剪力墻產生的軸力設計值的軸壓不超過0.5。抗震等級為二級時，各層短肢剪力墻產生的軸力設計值的軸壓不超過0.6。抗震等級為三級時，各層短肢剪力墻產生的軸力設計值的軸壓不超過0.7。針對一字形短肢剪力墻，特別是端柱或無翼緣，因延性較差，應將軸壓比限值降低0.1；（4）剪力墻的加強部位確定后，加強部位不宜選擇樓電梯間墻、剪力墻頂層，而應該選擇在整個建筑抗震結構中的塑性鉸位置。為了能夠進一步增加剪力墻的延性且提升抗剪切破壞能力，筆者認為應切實加強塑性鉸部位；（5）必要時可進一步擴大剪力墻的加強部位范圍，一般情況下剪力墻的高度應在150m以上，加強部位高度以達到墻肢總高度的1/10左右為宜，合理控制剪力墻加強區域高度。除此之外，設計短肢剪力墻時應重視墻體的肢長、構造、比例和加強位置，按照相關要求進行設計才能使其抗震性能得到切實提高。

5 結語

總之，在現代建筑結構設計中，短肢剪力墻作為一種新型建筑結構體系，應受到建筑設計者的高度重視，且具有較好的應用前景。雖然短肢剪力墻結構具有較多的優點，但也存在諸多缺點，因此在高層建筑設計時（尤其是短肢剪力墻設計），應注意短肢剪力墻結構的合理性。最大限度降低短肢剪力墻的弱點并采取必要的加強措施，促使其優勢能夠最大程度實現，進而為業主提供一個更安全的住宅環境。

參考文獻

[1] 梁海峰，李文雄.對高層建筑混凝土結構短肢剪力墻定義的商榷[J].四川建筑科學研究，2010，（5）.

[2] 張舉濤.8度地震區高層建筑短肢剪力墻結構的判別及設計探討[J].土木工程學報，2011，（9）.

[3] 司艷超，張超.綜述小高層建筑中短肢剪力墻結構設計[J].黑龍江科技信息，2015，（21）.

[4] 劉輝.高層建筑短肢剪力墻結構設計體系研究[J].科技創新與應用，2014，（8）.

[5] 靳大勇.高層建筑短肢剪力墻結構應用方案研究[J].中國新技術新產品，2015，（10）.

作者簡介：周三程（1983-），男，廣西桂林人，供職于華藍設計（集團）有限公司，研究方向：建筑結構設計。

（責任編輯：小 燕）