高層結構設計中短肢剪力墻的運用

梁寶怡

（廣東海外建筑設計院有限公司 廣東廣州 510000）

引言

近年來隨著人們對住宅，特別是小高層及多層住宅平面布置與空間的要求越來越高，原來普通框架結構的露柱露梁、普通剪力墻結構對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是經過不斷的實踐和改進，以剪力墻為基礎，并吸取框架的優點，逐步發展而形成一種能較好適應小高層住宅建筑的結構體系，即所謂“短肢剪力墻”結構體系。然而目前的短肢剪力墻普遍抗震性能薄弱，橫向抗受壓能力較小，容易發生墻體扭曲，造成高層建筑倒塌，所以，應該選擇正確的分析軟件，合理分析短肢剪力墻的結構與應用，設計適當的數目與布局，逐步改善抗震能力。

1 短肢剪力墻的抗震設計中存在的問題

1.1 短肢剪力墻數目設計不合理

短肢剪力墻屬于新興的小高層、高層建筑形式，部門建筑公司為了追趕時尚、提高建筑的美觀性以及增加建筑建設的影響力，忽視了短肢剪力墻的橫向抗震壓能力薄弱的特點，會大部分甚至全部應用短肢剪力墻，大幅度減掉普通剪力墻的設計與使用。雖然給建筑施工過程降低了困難程度，也降低了成本，提高了高層建筑的藝術美感，實現了多重效果的空間設計，但是，卻導致高層建筑的質量難以得到保障，在建筑的質量檢測時，容易成為不合格建筑。

1.2 短肢剪力墻的布局不均勻、對稱

高層住房建筑需要牢固的鋼筋混泥土、墻體、主干等的支持，每一層建筑的搭建都要保障重心在限定的位置，才能保證建筑主體的穩定性良好，抗震能力較強，但目前存在著短肢剪力墻布局不均勻、不對稱的問題，導致高層住房建筑的重心偏移，且短肢剪力墻過于集中，出現剛性過強現象，影響了高層住房建筑的抗震性能，并限制了短肢剪力墻的發展，這樣的問題，急需解決與處理。

1.3 短肢剪力墻的結構計算與分析不科學

目前，高層住房建筑設計都基于一定的科學技術上，需要掌握基礎的材料測試信息、建筑整體的建設目標，通過科學軟件進行精準的模擬分析，設計出具有高水平的設計圖紙。但是，現在存在著短肢剪力墻的結構計算不精確、分析軟件選擇不合理等問題。比如，短肢剪力墻的結構設計不明確，不具有科學性，不能合理的設計短肢剪力墻的厚度、高度等，導致比例不協調，建設的高層建筑整體穩定性不好，抗震能力不強，不能在地震災區重建，不利于高層建筑的發展與進步，并且，很有可能存在著安全質量問題，有著安全隱患，危害著人們的安全；短肢剪力墻的結構分析軟件現有TAT和SATWE兩種計算方式，可以通過數據的輸入，自動模擬分析短肢剪力墻的結構與受力的承受能力，但是兩種方式側重點不同，在短肢剪力墻抗震設計中，由于軟件的選擇不適當，導致短肢剪力墻的分析不全面，不能有效的提升抗震設計質量水平。

2 短肢剪力墻的抗震設計發展趨勢

2.1 科學制定短肢剪力墻的數目

應該掌握國家關于住房建筑設計的要求，以及相關法律法規與政策，嚴格遵守要求來設計與施工，以國家標準為設計最低基礎，通過精確的科學分析，適當的增設短肢剪力墻的數目，墻肢長度要根據尺度度量，盡量降低墻體過剛性的程度，防止墻體質量水平降低，抗震能力減小，極其容易發生橫向扭曲與出現裂紋，給后期的善后工作增加負擔與經濟損失；或者防止墻體過于柔性，雖然能夠承受較大的側向力，但是縱向的承載能力會降低，對高層建筑的施工帶來麻煩，容易造成坍塌。所以，要強化短肢剪力墻的抗震設計理念，不能一味的固守自封而忽視了新興的短肢剪力墻的應用與研發，要正確加強短肢剪力墻的數目，能夠將普通剪力墻與短肢剪力墻有機的結合與創新，充分的發揮各項優點，從墻體的縱向、橫向加強抗震質量水平，提高高層建筑的整體穩定性，并合理調控剪力墻的長短，以適應最佳的空間設計與抗震性能提升方案，合理優化資源配置，保障人們的居住安全。

2.2 優化短肢剪力墻的布局模式

應該加強短肢剪力墻的合理布局意識，不斷提高設計者的綜合素質水平，提高設計者關于短肢剪力墻的知識水平，正確選擇短肢剪力墻的應用位置，避免集中使用現象出現，導致剛性過強，高層建筑橫向受力能力降低，并且容易使得重心偏移位置，要不斷優化短肢剪力墻的布局模式，逐步達到短肢剪力墻的均勻對稱，保證重心的穩固，有效的增強短肢剪力墻的抗震性能與高層建筑的質量水平。

2.3 選擇適當的計算分析抗震薄弱部位

要改善短肢剪力墻的抗震性能設計，就要選擇適當的短肢剪力墻分析軟件，結合短肢剪力墻、普通剪力墻的結構，進行綜合性的分析與比對，發現短肢剪力墻的抗震薄弱環節，并且通過有效的手法進行創新與改革，不斷修復弱點，實現短肢剪力墻抗震性能的提升，以及促進高層住房建筑的整體抗震水平提升?；诖?，筆者結合某工程實例利用ABAQUS有限元軟件對一字型短肢剪力墻這種抗震性能較弱的構件進行抗震分析。

3 短肢剪力墻抗震分析

3.1 工程概況

本工程為某市一房地產公司開發的商業住宅樓，該住宅小區6#樓建筑層數為十三層，建筑總面積為13394.5m2，結構層高為3m，結構總高40m，防火分類為二類。

3.2 研究目的

通過有限元分析軟件ABAQUS模擬一字形的普通短肢剪力墻在地震荷載作用下的破壞時的應力云圖，研究一字形短肢剪力墻抗震性能，為建筑工程設計提供參考依據。

3.3 試件參數

設計模擬試驗一字形截面。其截面尺寸如圖1所示?？拐鸬燃墳槎墸S壓比為0.3，混凝土采用C30，加強部位受力縱筋采用HRB400級，直徑為12mm，箍筋采用HPB300，直徑為8mm，其余縱筋采用HRB400級，直徑為8mm。配箍率為0.56%，約束部位的配筋率為1.3%，其余部位配筋率為0.7%。

3.4 一字型短肢剪力墻計算結果分析

圖1 一字型短肢剪力墻截面尺寸

由一字形普通短肢剪力墻混凝土的應力云紋圖可以看出（圖2），當側移在1.875mm時，墻體加載端與下部固定端部沿對角線方向形成主壓應力區，在墻的加載部位與固定端約束處應力較大。在側移為3.125mm時，混凝土中下部出現軟化現象。軟化部位混凝土應力并不大，在箍筋約束間隔區，混凝土向外鼓出。在側移為5mm時，從基礎底部至2/3墻高處，混凝土大部分軟化。在構件破壞時，側移為8mm，混凝土沿墻高方向全部軟化，向厚度方向和截面高度方向鼓出，墻高度降低。

圖2 一字形普通短肢剪力墻混凝土在單調荷載作用下應力云圖

由圖3看可以看出，在側移為1.875mm時，鋼筋骨架中下部的箍筋、縱筋、分布鋼筋均達到屈服，此時，鋼筋仍具有一定剛度。當側移為3.125mm時，中下部鋼筋受混凝土變形的影響，起到了約束混凝土軟化變形的作用。同時，屈服區域增加。當側移達到5mm時，除上部少部分區域鋼筋骨架未屈服外，大部分鋼筋屈服，中下部鋼筋產生較大的應變。當構件破壞時，受混凝土變形的影響，箍筋、縱筋和分布由原來的直線變為彎折方向各異的曲線。由此可得出結論：一字形短肢剪力墻混凝土和鋼筋上應力分布不均勻，混凝土和鋼筋骨架變形都較大，但是最大側移只有8mm，故一字形短肢剪力墻的延性較差。

4 結語

圖3 一字形普通短肢剪力墻鋼筋骨架在單調荷載作用下應力云圖

目前，短肢剪力墻被廣泛應用于小高層、高層工程建筑中，滿足了人們對空間的理想化設計，可以適當的改變空間格局，增強藝術美感，但是，短肢剪力墻的研究較少，缺乏有效的數據支持與改善，所以應該不斷加強對短肢剪力墻的測試與完善，加強抗震性能，選擇適當的計算軟件，分析抗震弱點，增強抗震設計的水平，科學、合理的設計數目，注意短肢剪力墻的布局均勻性，有效的提升高層建筑的質量水平，為人們提供更安全的物質基礎保障。

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