淺析高層建筑結構中短肢剪力墻的設計和發展

吳鴻遠

池州市規劃勘測設計總院有限公司 安徽 池州 247000

引言

隨著人們生活水平的提高，人們對房屋建筑的要求越來越高，和傳統的普通框架結構建筑物相比，現代建筑不僅可以滿足于人們對建筑物體美觀的要求，同時也可以滿足于人們對建筑物體的實用性要求。在傳統的剪力墻結構設計中受到分隔房屋空間的限制，很難滿足人們對房屋空間的需求，所以出現了短肢剪力墻結構形式。這種結構形式解決了傳統的普通剪力結構中的不足和問題，減少了施工的成本，所以，得到了很多建筑企業和用戶的喜愛和青睞，近年來在小高層建筑結構中被廣泛應用。

1 高層建筑結構中短肢剪力墻的基本概念

在《高層建筑混凝土結構技術規程》（征求意見稿）中，定義短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比5到8之間的剪力墻且墻體的厚度不小于200mm。在受力性能分析下，短肢剪力墻的變形能力和墻肢承載力較大，故不能按照設計壁式框架的理念來設計；同時考慮到短肢剪力墻所開的洞口并不是用來安裝門窗的，而是作為設置砌體填充墻設置的，所以要求洞口盡量大一些，不能設計為整體小開口的形式；故更加安全和經濟的設計理念是將其設計為聯肢墻的形式。其平面布局更多采用Z字形、T字形、L字形以及十字形，因為構成這些剪力墻的墻肢較為短小，應該盡量保證結構布置較為對稱與均勻，達到剛度和抗震的基本要求。同時在地震狀態下，短肢剪力墻的墻肢會出現受彎狀態，故此狀態下墻肢的延性較好。但是過多的短肢剪力墻會影響整體建筑物的抗震性能，應該綜合考慮其影響[1]。

2 高層住宅工程短肢剪力墻的主要結構特點

（1）從結構形式上看，短肢剪力墻的高度與厚度比值在4和8之間，小于4的一般稱為異形柱，也歸屬于剪力墻的范疇。短肢剪力墻具有較好的結構性能，剛度分布更均勻，受力更合理，是高層住宅建筑穩定性和安全性的重要保障。與框架結構相比，因其具有更多的優異性能，所以在高層住宅建筑的實際設計和施工中得到了較為廣泛的應用。短肢剪力墻名稱中的“短肢”，主要指通常2m左右的肢長。根據形狀特點可以將短肢剪力墻劃分為丁形、L形、T形以及乙形等多種結構形式。如果剪力墻墻肢的截面高度與墻肢寬度的比值小于4，剪力墻會形成類似于柱的結構，這種結構并非呈現為傳統意義的方形或者是矩形，因此在施工作業中將這種墻體稱為異形柱。當異形柱與連梁之間互相連接，形成的框架結構就被稱為異形柱框架。高層建筑由于自身需要抵抗側力位移的原因，不能全部使用異形柱結構，還需要適當地使用短肢的剪力墻，因為短肢剪力墻具有較高的穩固性特征，結構安全性能也更好[2]。

（2）在具體建筑設計中，由于設計靈活性較大，可以選取不同的短肢剪力墻設計方案，進行多種布置，根據不同的布置來完成不同的空間需求，更好地完成豎向承載、支撐樓蓋的效果。

（3）因為短肢剪力墻具有受力分布均勻的特點，進行平面結構的分布設計時可考慮使用在墻體轉角處，這樣連梁能夠將短肢剪力墻聯系為受力均勻、結構緊密的整體。在沒有短肢剪力墻分布的部位，較多使用填充墻。轉角處的短肢剪力墻能夠承受較大的剛度以及荷載。在分隔墻位置布置的豎向構件，對建筑整體的使用功能不會造成較大的影響。短肢剪力墻適用性強，可根據建筑的實際需求，靈活地對位置和數量進行設計布置，同時尺寸也可以根據建筑平面結構的實際需求適當地調整，最終可根據建筑結構的整體抗側力要求確定。同時剪力墻的具體尺寸以及位置，能對層間結構的剛度中心具有一定的調整作用。短肢剪力墻的結構布置具有較強的靈活性，選擇方案較多，因此能夠容易滿足高層建筑住宅的各種性能要求。在短肢剪力墻結構設計時，可在同一平面布置多種連梁和剪力墻，這樣可以加強建筑整體結構隱蔽性的特點，也能使建筑平面更具美觀性。在實際工程中，根據減緩側向位移的設計目標，需要對高層建筑豎向結構區域進行重新劃分，合理利用短肢剪力墻能夠有效提升建筑結構的整體性能[3]。

3 民用建筑結構設計中短肢剪力墻技術的應用

3.1 短肢剪力墻技術在民用建筑結構設計中的技術要點

①要根據民用建筑的具體空間來進行短肢剪力墻的高度設置。短肢剪力墻的高度要根據民用建筑的空間高度以及縱向承載力來確定，同時也要考慮民用建筑所用的建筑用材的最大承載力，結合材料、高度、縱向承載力來科學設計短肢剪力墻的高度，以達到完美的抗震效果，同時避免了資源的浪費。②短肢剪力墻的空間布局要科學合理。短肢剪力墻的位置設定，要嚴格遵循民用結構的力學性能的具體規定，要控制好各短肢剪力墻之間的間距以及使用數量，要通過科學嚴謹的設計方案進行短肢剪力墻的設置，要綜合考慮短肢剪力墻的應力分布情況，盡量保證短肢剪力墻的對稱分布，要緊緊圍繞中心剪力墻來進行方案設計，讓整體的受力情況達到均衡的標準。③剪力墻連梁的設計。短肢剪力墻的連梁，承載著剪力墻之間傳遞的力，要充分保證剪力墻連梁的力學性能，保證剪力墻連梁的破壞是在屈服強度破壞之后，不應加入會破壞整體力學平衡的連梁縱筋。④要充分考慮短肢剪力墻的抗震性能。短肢剪力墻技術是在不改變原有框架下的民用建筑結構改良的技術手段，要充分考慮民用建筑上層結構與下層結構的力學平衡，結合中心剪力墻，設計出符合民用建筑剛度的短肢剪力墻設計，以保證工程施工的順利進行[4]。

3.2 抗震設計要點

高層建筑結構短肢剪力墻的墻洞開展有效的設計后，還需要對抗震性進行設計，尤其是在抗震薄弱的位置要提高其抗震性。①為了能夠在不同的方向對上梁進行連接，其需要對短肢剪力墻墻肢豎向平面等進行有效的設計。這兩個方向上需要把短肢剪力墻聯系起來，以此來保障翼緣方向的一致性，短肢剪力墻也會減少出現一字排開的現象。②均勻布置短肢剪力墻，使各個墻軸能夠逐步縮小與應力之間的差距。而在設計豎向短肢剪力墻時應該對上下建筑墻肢提出更高的需求，特別是要保障上下的一致性。這種一致性能夠防止出現孔口發生錯位的現象，以此能夠形成抗側力，從而使得短肢剪力墻能夠發揮出自身的抗震性能。③對短肢剪力墻進行設計的時候，因其自身的抗側力剛度并不大，所以需要借助于核心筒來提升自身的長度，以此能夠保障墻體具有較強的抗震性、保障結構具有較強的剛度，使得建筑結構不再受到地震的影響，變形情況也不會再出現。④軸壓比出現不斷降低的趨勢，能夠保障墻肢的厚度或者配筋厚度達到標準范圍內，抗震性能也不斷提升[5]。

3.3 短肢剪力墻模板工程施工技術要點

短肢剪力墻模板工程施工作業前，技術人員需要根據現場的實際特點以及圖紙中短肢剪力墻的結構設計要求，進行模板工程的詳細施工設計，要特別注意施工設計的合理性和科學性，目的在于確保模板作業的施工安全。模板作業的前期階段，特點在于：存在較多的接頭作業，接頭處理不好，會影響模板的嚴密性，后期也會影響混凝土的振搗效果。因此對接頭要進行統一處理，以保障連接過程的完整性。盡量選用一次成型的模板，可減少在澆筑過程中出現的拼縫對混凝土質量的影響，也能有效保證短肢剪力墻施工質量，并提升施工作業速度[6]。

4 結束語

在高層建筑結構設計中，短肢剪力墻的相關設計一直是個困擾設計者的問題。怎樣綜合發揮出短肢剪力墻節省空間，優化建筑設計的優勢；怎樣避免由于地震不利影響而造成的安全隱患，本文一一進行了探討和分析。通過本文的探討和分析，合理地進行平面布置，控制整體布置的對稱和均勻，以及進行嚴謹的計算與推導可以實現優化結構設計，使短肢剪力墻的抗震性能有明顯提升，實現在工程中的推廣運用。