高層房屋建筑短肢剪力墻結構設計分析

文/金俊武 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司 浙江杭州 311122

1、高層房屋建筑短肢剪力墻結構的特點

1.1 短肢剪力墻結構形式的特點

1.1.1 充分滿足建筑功能的需要

為了短肢剪力墻的結構能夠與建筑功能的需求相符合，就必須滿足以下三點：一、保證墻肢的厚度和填充墻的厚度是一致，這樣才能保證連接墻肢和填充墻的梁不會突出墻面，保持在豎向平面內；二、為了保證短肢墻能夠很大程度上的滿足高層房屋建筑功能的需要，那么墻體就必須要選擇輕質的材料；三、雖然在高層房屋建筑中使用短肢墻構件會導致實際的施工變得十分困難，但是短肢墻構件卻可以讓使用面積最大化。

1.1.2 滿足結構設計的需要

高層房屋建筑短肢剪力墻結構體系中不僅可以隱蔽梁，而且還可以隱蔽墻肢，此外、抗側力需求不僅決定了墻的數量，而且還決定了墻的肢長，而結構的剛度以及剛度中心的位置主要是由結構的尺寸和布置所決定。

1.1.3 結構體系在使用方面可以靈活的運用

考慮結構體系使用的時候需要滿足以下五點：1.在間隔墻位置布置豎向構件可以有效的避免結構體系與建筑功能之間的矛盾；2.墻的數量和肢長的長度主要是由抗側力的需求所決定；3.結構體系可以靈活的布置，且樓蓋的方案通常都不會很復雜；4.連接各墻的梁是可隱蔽的，主要是設置在豎向平面內；5.為了保證結構的剛度和強度能夠滿足需求，在設計結構的時候需要利用中心剪力墻進而形成主要的側力構件。

1.2 在小高層住宅中，短肢剪力墻體系所具有的優勢

與常用的剪力墻體系相比，短肢剪力墻體系的墻肢承載能力能夠完全發揮出來，不會有剪力墻結構中鋼筋浪費現象的發生；將結構的自重減到了最小，不僅降低了成本，還增大了建筑抵抗地震的能力，而且還會給地基承載能力較低的地區帶來更多的效益；由于短肢剪力墻結構體系的自振周期較大，可以抵消一部分的地震反應且墻肢的高寬比通常都很大，所以結構的承載力能夠完全發揮出來。

2、高層房屋建筑短肢剪力墻結構布置時需要注意的問題

2.1 在設計短肢剪力墻結構時應該注意的問題

構建一個完整的高層房屋建筑結構的時候通常都會使用幾種類型不同的短肢剪力墻結構體系。如果一個高層房屋建筑結構中的短肢剪力墻的數量比較多，那么在進行結構設計的時候還需要布置一些不同類型的剪力墻，以保證多種結構剪力墻能夠一起抵抗水平力；如果剪力墻結構普遍都較短，那么較短肢剪力墻結構的最大適用高度都不能過高，其高度通常都要低于規范中的剪力墻結構，若抗震設計的強度為7，那么剪力墻的高度就應該低于100 米，若抗震設計的強度為8，那么剪力墻的高度就應該低于60 米，當抗震設計的強度為9 時，那么對于a 級高度高層建筑和b 級高度高層建筑兩者而言都不能大量使用短肢剪力墻結構體系。

2.2 布置高層房屋建筑短肢剪力墻結構應該注意的問題

在布置高層房屋建筑短肢剪力墻的時候盡量保證均勻，才能保證建筑物的剛度重心和質量重心是一致的，以避免建筑物在地震中發生扭轉；短肢剪力墻通常是布置在房間間隔墻的交接處，因為這樣可以有效的避免短肢剪力墻與建筑的使用功能發生沖突。墻肢的具體數量主要是由抗側力所決定的，通常布置短肢剪力墻的時候是比較靈活、且易于調整的，而且短肢剪力墻在布置的時候具有很多的方案可供選擇。

3、關于高層房屋建筑短肢剪力墻結構加強措施

因為短肢剪力墻結構體系中的短肢墻主要承擔的荷載是豎向的，因此、當短支剪力墻比較多的時候就容易出現以下兩方面潛在的危險問題：一、剪力墻筒體極易出現問題，導致短肢剪力墻的延性和承載能力都變差；二、如果剪力墻不能正常工作，那么梁板就會受到威脅，所以在對短肢剪力墻結構進行分析的時候需要采取嚴格的加強措施。

3.1 保證高層房屋建筑短肢剪力墻具有足夠的延性

考慮高層房屋建筑結構的整體抗震設計時，通常所確定的最終的短肢剪力墻的抗震等級都比較高，如果高層房屋建筑短肢剪力墻結構的抗震為一級，那么它在重力荷載作用下所產生的軸壓比不能高于0.5；若高層房屋建筑短肢剪力墻結構的抗震為二級，則它的軸壓比必須小于0.6；若高層房屋建筑短肢剪力墻結構的抗震為三級，則它的軸壓比必須小于0.7。

如果短肢剪力墻是屬于無端柱的一字形，那么結構的延性就極易受到結構的軸壓比的影響，為了保證該類短肢剪力墻延性是良好的，通常要求軸壓要比一般的軸壓低0.1 左右。

3.2 保證高層房屋建筑短肢剪力墻的抗剪能力

通常根據要求適當的提高短肢剪力墻的剪力增大系數不僅可以防止剪力墻過早的被剪壞，而且還可以通過提高短肢剪力墻的抗剪能力來解決強剪弱彎的現象。

3.3 提高高層房屋建筑短肢剪力墻的豎向承載力

通過增大縱向鋼筋的全截面配筋率便可以實現提高短肢剪力墻承載豎向荷載的目標，通常底部加強區的配筋率不能小于百分之一點二，而其他部位的配筋率則不能小于百分之一。

3.4 加強高層房屋建筑短肢剪力墻結構的抗震性

通常水平力會對高層房屋建筑短肢剪力墻結構產生很大的影響，在受水平力的情況下剪力墻結構變形都是以整體彎曲變形為主，結構底部外圍的小墻肢不僅會承受巨大的豎向荷載，而且還會承受很大的扭轉荷載，因此在進行結構設計的時候可以通過加大周邊墻肢的厚度以實現小墻肢的抗震性能的提高。

3.5 加強高層房屋建筑短肢剪力墻結構的抗震構造措施

建筑平面角部處的墻肢是整個短肢剪力墻結構體系抗震最薄弱的一部分，一旦建筑平面角部出的墻肢出現了扭轉，那么建筑結構中已經出現的翹曲變形的速度就會不斷的增加，最終使得整個墻肢發生開裂，所以加強短肢剪力墻抗震性對于當代建筑的發展是十分重要的，通常可以通過以下三方面來提高短肢剪力墻的抗震性：一、增大整體建筑的箍筋配筋比例；二、減小短肢剪力墻在重力荷載作用下所產生的軸壓比；三、增大縱筋的配筋率。

3.6 確保高層房屋建筑短肢剪力墻結構能夠可靠的傳遞水平力

將核心區樓板進行適當的加厚處理可以有效的提高短肢剪力墻結構傳遞水平力的能力。在設計與核心筒相連的連梁時應該嚴格按照強剪弱彎的原則進行，通常連接短肢墻之間的梁的凈跨應取4 到6 米即可，不宜過小，因為這樣才能保證結構具有一定的耗能作用。

結語：

結構設計師在設計高層房屋建筑結構的時候必須要重視概念的設計，設計的時候需要清楚掌握結構的實際受力特點以及結構破壞的機理，才能更加合理、有效的布置短肢墻，在設計的時候需要不斷吸取經驗，才能保證建筑結構不僅安全、而且還經濟、合理。