短肢剪力墻在高層結構中的應用探討

李 青

(中國核電工程有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450052)

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短肢剪力墻在高層結構中的應用探討

李 青

(中國核電工程有限公司鄭州分公司，河南 鄭州 450052)

通過分析短肢剪力墻的特點，闡述了高層建筑短肢剪力墻結構構件布置的一般原則，并對短肢剪力墻結構設計中的注意事項進行了探討，包括軸壓比控制、連梁剛度設置、抗震設計等，以最大程度地滿足建筑的使用功能和室內美觀的要求。

高層建筑，短肢剪力墻，結構形式，布置

剪力墻結構具有剛性強、整體性好、穩定性良好等主要特點，也正是因為這些因素使其具有剛度好、抗震、抗風能力強的優點。除此之外，剪力墻結構整體布置形式比較簡單，能夠很好的滿足建筑對室內空間的使用要求，滿足其工作優勢。

1 短肢剪力墻的特點

近年來，高層建筑大量興建，鋼筋混凝土短肢剪力墻得到廣泛的應用并積累了大量的實踐經驗。《高層建筑混凝土結構技術規程》7.1.8條：短肢剪力墻是指截面厚度不大于300 mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻。與普通剪力墻結構體系相比，短肢剪力墻結構體系有以下顯著的特點：1)平面布置較靈活，結構的開洞尺寸也更為靈活，更容易滿足建筑功能的要求，建筑使用上不僅可以更大的發揮空間使用效率和觀感效果，也可以使門窗的布置有更大的空間自由度。2)結構自重輕，抗側力剛度較小，因此受地震影響較弱，地震力帶來的內力作用更小；短肢剪力墻結構特別適用于15層～25層的高層住宅，而且相對于普通剪力墻結構體系更加經濟。3)短肢剪力墻構件一般為高剪力墻，墻體的破壞形式一般呈彎曲型破壞，連梁跨度、跨高比較大，故連梁也呈彎曲型破壞形式，因此短肢剪力墻結構體系的延性較好。近年來我國高層住宅建筑大量興建，25層以下的高層住宅建筑采用短肢剪力墻結構形式的數量越來越多。由于JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程規定，建筑整體不得全部采用短肢墻，故通常采用普通剪力墻和短肢剪力墻結合應用以共同抵抗水平力的方式，一般將建筑樓梯間、電梯間部位設置為筒體或類似于筒體的剪力墻布置形式，而其他部位布置短肢墻。

2 高層建筑短肢剪力墻結構構件布置的一般原則

1)短肢剪力墻必須根據建筑立面、平面布置來設置剪力墻，剪力墻構件盡量選用T形、+形、L形、Z形，保證單個承重構件的穩定性和平面外剛度，盡量減少或者避免“一”字形剪力墻構件。剪力墻布置盡量使縱、橫方向剛度均勻。2)短肢剪力墻的總體數量要適當，應保證結構剛度在合理區間，滿足承載力和剛度的要求，使結構周期、層間位移、位移比、地震底部剪力等各項指標在合理范圍內。3)為避免墻肢凸出于隔墻表面，提高室內美觀度和使用舒適程度，墻肢不宜過厚，一般應為200 mm，250 mm，300 mm，但從構件的穩定性和便于施工方面考慮，墻肢厚度一般不小于200 mm。當建筑層數較多和高度較大時，底部剪力墻構件的軸壓比有可能較大或者超出規定的范圍，可根據實際情況在剪力墻的豎向布置上采用變截面，墻厚從下到上逐漸減小。連接各剪力墻構件的框架梁或連梁一般與剪力墻等厚，但當剪力墻較厚時，也可以將梁寬適當減小，但框架梁或連梁梁寬不應小于200 mm。4)剪力墻平面布置時，應盡量使剪力墻拉直、相近的墻肢對齊，使之形成聯肢墻抗側力結構，聯肢墻在建筑條件允許的情況下應布置的盡量縱橫均勻。在有條件的情況下，局部相近的剪力墻宜形成局部筒體的形式，以增強結構的整體性。5)填充墻、構造柱、圈梁、腰梁等二次結構構件與剪力墻、梁之間用拉接筋拉接以保證填充墻與結構構件的連接強度。

3 短肢剪力墻結構設計中的注意事項

1)控制軸壓比。高層建筑中的短肢剪力墻，對軸壓比的控制應該比普通剪力墻更加嚴格，特別是端柱、無翼緣的一字形短肢墻。為了確保短肢結構墻的延性，設計時應對短肢結構墻的軸壓比進行嚴格地控制，不應出現超過軸壓比限值的剪力墻構件，合理布置結構布局，減少局部墻肢軸壓比過大的情況。

2)關鍵部位剪力墻構件的抗震性能應加強。建筑的角點處、結構外邊線處的剪力墻均處在應力集中的區域，在地震時會最先出現塑性區甚至破壞。設計時應充分考慮這些部位墻體的受力特性，并采取必要的加強措施，可提高建筑角點處的短肢剪力墻的抗震等級，減小軸壓比限值、增大配箍率和縱向鋼筋配筋率，特別重視較小墻肢的抗震承載力等。

3)正確區分框架梁和連梁。對梁構件進行設計時，如果其跨高比不大于3，應按連梁的要求對其進行設計。若跨高比大于5，宜按框架梁進行設計。由于連梁的剛度對結構體系的整體抗側移剛度影響顯著，所以，對于梁截面的選擇和配筋都應準確合理，符合結構構件在工作中的實際情況，以此對結構整體抗震性能進行準確的判斷和設計。

4)短肢剪力墻結構體系整體的抗震設計。結構體系在整體布置時，應遵循合理的原則，除“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件”等基本原則外，應考慮剪力墻的合理布置、框架梁的合理布置。剪力墻布置時應避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墻，避免出現明顯薄弱區域和應力集中，以保證結構的整體性和可靠度。在建筑外邊緣及角點處的墻肢等關鍵部位的剪力墻構件應適當加強。

5)結構計算中連梁剛度的設置。結構模型數值模擬計算中，應根據連梁所處位置、相鄰墻肢承受地震力、“三水準”抗震設防要求中所起的作用等因素，判斷連梁在實際工作中對結構體系提供的剛度貢獻，適當設置連梁的剛度折減系數。以此使得數值模擬計算結果更加接近結構實際剛度和受力情況，計算結果更加符合結構體系實際情況，結構設計結果更加合理、經濟。

隨著高層建筑的逐漸發展和人們對住宅使用功能要求的逐步提高，結構設計工作也有了更高的要求。短肢剪力墻結構可以靈活布置，墻肢可長可短可落地也可帶轉換層，能夠更好的實現建筑的使用功能。短肢剪力墻的抗震性能優于異形柱的墻肢結構，更加適合高度在20 m～60 m的住宅建筑。在設計中應根據其特點，合理的布置結構構件，正確運用計算分析方法。短肢剪力墻結構將在高層建筑中有著廣闊的發展前景。

4 短肢剪力墻結構的應用實例

某住宅樓，主體結構地上18層地下1層，建筑面積約13 000 m2，平面圖見圖1。為達到降低成本的目的，結構設計者需要對結構方案進行優化設計，在保證結構體系安全可靠的前提下，降低主體結構含鋼量。因此，結構設計者做了以下兩個結構方案，通過比較，從中優選出最優方案。

方案一：筒體與短肢剪力墻結合使用。“筒體”是指：以樓梯間、電梯間四周墻體組成鋼筋混凝土核心筒。筒體承受主要水平力。

本方案結合建筑平面布置豎向構件，剪力墻的布置與墻肢長度根據數值模擬的計算結果進行多次調整，主要視抗側力的需要以及軸壓比的限值而定，并通過調整剪力墻布置以調整整體剛度和剛度中心的位置；數值模擬計算采用三維有限元分析軟件PKPM結構軟件。圖2，圖3是在水平力作用下結構各層的位移角，可見結構的抗側力性能滿足要求。相對于普通剪力墻結構體系，由于減少了剪力墻數量，結構自重降低，整體剛度也適當降低，地震響應減弱，有利于基礎設計，同時也降低了工程造價。

方案二：普通剪力墻結構。根據建筑要求和一般原則設置剪力墻，保持結構剛度在平面上分布的均勻性，有條件的盡量使剪力墻對稱布置。剪力墻構件通過梁板的連接形成整體抗側力強度和剛度很高的體系。若房屋高度不大，會因剛度過大使結構的地震反應加劇，導致結構內力增大，使造價提高并且對結構安全不利，并非是理想的方案。數值模擬計算采用PKPM-SATWE結構軟件。

通過以上兩種方案計算結果的對比發現，在結構受力情況和經濟指標兩個方面，第一方案均優于第二方案。

[1]徐 敏.談建筑工程中短肢剪力墻的結構設計.中國新技術新產品，2009(7)：71-72.

[2]賈春偉，艾冬娜.小議建筑短肢剪力墻與異形柱結構的設計分析.黑龍江科技信息,2008(35)：50-51.

[3]劉桂華.短肢剪力墻結構設計存在的幾個問題及探討.科技資訊,2008(5)：93-95.

[4]董海棉.高層建筑短肢剪力墻結構設計.甘肅科技，2009(10)：37-38.

[5]袁國泉.短肢剪力墻在小高層住宅結構設計中的合理應用與把握.

Inquiry on the application of short-leg shear wall in high-rise building structure

Li Qing

(ZhengzhouBranchCompany,ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd,Zhengzhou450052,China)

Through analyzes features of short-leg shear wall, the paper describes general distribution principles of short-leg shear wall structure of high-rise building, and explores some design matters including axial compressive ratio control, continuous beam rigidity setting, and seismic design and so on, with a view to meet architectural usage functions and indoor beauty demands as much as possible.

high-rise building, short-leg shear wall, structural form, distribution

1009-6825(2015)01-0035-03

2014-10-22

李 青(1968- )，女，高級工程師

TU398.2

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