短肢剪力墻在高層結構設計中的應用

陳劍鋒 沈樂

【摘要】現代建筑做為現代文明的代表之一，在人們的日常生活中發揮著巨大的作用，不僅滿足了人們的居住需求，同時也實現了土地資源集中使用，達到了節約土地的目的。由于現代建筑方式的多樣性，促進建筑結構設計也五花八門，但在對建筑結構進行選擇時不能只單單的追求外在美觀，建筑物的結構強度等也是重要的參考指標。伴隨我國城市化進程的加速，城市中的住房建設也在迅速的展開，高層建筑數量也在逐漸攀升，這對建筑物結構的要求越來越高，將剪力墻應用于現代建筑中，可以更好的滿足建筑強度需求及抗震需求等。因此本文針對剪力墻的概念、分類及特點進行了簡要敘述，隨后針對剪力墻結構在建筑結構設計中需遵循的原則及應用進行了詳細分析探討。

【關鍵詞】短肢剪力墻；高層；應用

我國社會主義發展逐漸深入，城市化水平不斷提高，促使人們對建筑物的要求不斷提高，建筑物不僅要滿足日常的使用，還要具有較高的安全性及穩定性，這就要求我們的工程設計者要對建筑結構設計進行完善和優化。剪力墻結構是一種高強度的建造技術，它的應用可以有效的提高建筑物的穩定性及經濟性，受到社會各界人士的青睞。同時，該工程技術的施工環境也相對良好，因此該技術出現以來便在建筑行業中得到推廣。

一、建設項目

本工程為某市一住宅小區高層住宅建筑工程，本文討論一個伸縮縫區段。建筑面積為 3876 m 2 ，標準層建筑面積為 338 m 2 。縱向總長度為24.97 m，橫向總長度為 14.3 m。開間為 3.3 m～5.1m，進深為 4.5 m～6 m。層數為十一層，局部躍十二層。 其中一至十一層層高為 2.9 m，十二層層高為 2.7m。建總高度為 36.95 m。外墻采用 300 mm 空心磚，內夾 70 厚水泥聚苯板，內墻采用 200 厚空磚。結構形式采用短肢剪力墻。樓蓋采用現澆鋼筋混凝土肋形樓蓋，墻、柱、梁均為現澆，抗震設防烈度為七度。

二、主體結構設計

1、結構選型

根據業主的要求，本工程在房間內是不允許露出柱和梁等結構構件。 因此本工程可供選擇的結構方案有兩種，分別為短肢剪力墻結構和異形柱框架結構。 如果采用異形框架柱的話，對于肢高和肢厚以及柱高和柱截面長邊尺寸都有一定的規范限制，這在一定程度上限制了截面尺寸。 結果計算分析，采用異形框架柱結構方案，會出現柱的軸壓比超限的問題，同時其高度限制為35 m，小于本工程的建筑高度36.95 m，因此， 本工程不適宜采用異形框架柱結構方案。 而對于短肢剪力墻結構方案，經過對軸壓比、 側移以及扭轉等進行計算，均能滿足要求，同時也符合高度限值的要求，因此本工程最終決定采用短肢剪力墻結構方案。

2、結構布置

在剪力墻結構的設計中，要遵循水平布置的原則，在水平方向要盡可能的將剛度核心與重量核心安布在一起，此外還要依照軸對稱的原則，從而實現降低扭矩的目的。與此同時，抗震性也是剪力墻結構設計是否合理的一項重要評價指標，在進行剪力墻設計時，要特別的關注其抗震合理性及具體結構形式，盡量不要設計成單一的形式，這種形式會對剪力墻結構的抗震性產生不利影響，從而影響整體的抗震性能。在剪力墻的位置設計中，剪力墻結構的承載能力正比于剪力墻結構擺放的集中度，因此要合理的安排剪力墻之間的空間距離，使其間隔處在一個相對比較合理的范圍之內，這樣既能夠保證剪力墻結構的剛度及使用穩定性，又能夠保證較高的性價比，這對建筑物的整體強度性能及抗震性能都能起到保障作用。總的來說，剪力墻結構的布置應遵循均勻、對稱原則；剛度重心重合于質量中心原則；內外剪力墻要盡量對直且拉通。

2.1、根據相關的規范規定，高層剪力墻結構不應全部采用短肢剪力墻。 因此，本工程在樓梯間處布置有剪力墻，并與電梯間結合在一起，從而形成短肢剪力墻—筒體結構，而在結構的其他地方，則采用小開間布置剪力墻的方式，沿著內外墻的交接處布置短肢剪力墻。 通常情況下，應將短肢剪力墻設計成T形或者L形，這種形式可以有效的提高其側向剛度。

2.2、水平抗側力結構的布置是一個重要方面，合理的抗側力結構能夠有效的減少結構的扭轉，因此在進行水平抗側力結構的布置時，應盡量確保均勻和對稱。 在進行剪力墻的布置時，為了更好的進行分析，可以采用SATWE程序進行跟蹤計算，通過軟件分析結果可以對剪力墻的布置效果有個很好的認識，從而對剪力墻的布置能夠盡量確保結構的質量中心和剛度中心的重合。 根據相關的規定可以知道，A級高度高層結構在進行抗震設計時考慮偶然偏心影響的話，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移應控制在該樓層平均值的1.2倍以內，本工程經過分析將該控制值取為1.06倍。剪力墻的軸壓比應滿足規范的要求。 本工程為二級抗震等級，按12 kN/m2 進行估算。 根據相關的規范規定，短肢剪力墻的軸壓比不得超過0.6，而一字型短肢剪力墻的軸壓比不得超過0.5。 墻肢的長度應為厚度的5～8倍，同時在進行布置時還應考慮門窗洞口的要求。 本工程剪力墻厚度分別取為：外墻250 mm，內墻200 mm，而地下部分厚度取為100 mm。

在結構豎向應確保剛度的連續。 4層以下的混凝土等級為C40，5到8層的混凝土等級為C35，而9層以上的混凝等級為C30，梁、 板的混凝土等級為C25。 沿著豎向方向剪力墻的截面尺寸均不發生變化。在結構的布置時，應盡量提高結構的整體性。 本工程的樓屋蓋均采用現澆的方式。梁截面寬度的布置分別為：內墻為200 mm，而外墻為250 mm。 梁高初步按凈空的1/10進行確定。在本工程結構設計中，剪力墻數量的確定是一個非常重要的方面。 如果剪力墻布置的過少的話，會導致側向剛度偏低，從而引起側移大的問題；而剪力墻布置過多的話，地震作用大，這又不經濟。 通常在進行剪力墻結構的設計時，對于剪力墻的布置可以通過壁率、 平均壓力等指標對其數量的確定進行控制。 壁率反映的是墻厚的因素，而平均壓力反映的是層數、 重量以及結構截面積的因素。 與地震力有關的因素包括建筑的質量和公安段，因此在進行壁率指標的技術時應考慮建筑高度的因素。

3、主要分析結果

SATWE 是專門為多高層建筑結構分析而研發的空間組合結構有限元分析軟件，適用于各種復雜體型的高層鋼筋混凝土結構體系計算。SATWE 是以殼元理論為基礎構造一通用的超單元墻元為模擬剪力墻，它不僅具有平面內剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬剪力墻的受力狀態。 而且墻元的每個節點都具有空間 6 個自由度，可方便地與任意空間梁柱單元連接，無需任何附加約束。SATWE 給樓板 4 種簡化假定，即假定樓板整體平面內無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。

三、與其它框架結構建筑進行對比

找尋一其它框架結構建設的建筑，與該工程進行對比。在工程的使用材料上通過調查數據可以清楚的看出，剪力墻結構的建筑，無論是在用鋼量，還有混凝土的用量，還是其他建筑材料的用量會比其他結構減少很多。符合我國當前建筑行業的需求，符合我國現在走可持續發展道路的策略，而且還能減少建筑工程建設投入的資金，增長企業的經濟效益，剪力墻結構的建筑更具有經濟性。

參考文獻：

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