短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系在高層住宅建筑中的應用

李俊龍

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

0 引言

近年來，高層住宅建筑發(fā)展迅速，同時人們對住宅空間與平面等也提出更高要求。傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)中普通剪力墻結(jié)構(gòu)和露柱露梁結(jié)構(gòu)限制了建筑空間，難以滿足住宅用戶對建筑空間提出的新要求。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在經(jīng)過一系列改良后，應用在高層住宅建筑設(shè)計中，能有效規(guī)避傳統(tǒng)框架的不足，具有重要的應用價值。因此，有必要對高層住宅建筑中的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系進行深入探究。

1 短肢剪力墻定義

按照JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，短肢剪力墻指的是墻肢截面厚度在300mm及以下，長度與厚度比值在4～8的剪力墻。同時，規(guī)定構(gòu)件截面長度小于厚度4倍時，需依據(jù)柱的相關(guān)要求進行設(shè)計，也就是長厚比在4～5時，應依據(jù)短肢剪力墻進行設(shè)計。若剪力墻短肢截面高度與厚度之比≥8時就是一般剪力墻。在高層建筑設(shè)計過程中，其結(jié)構(gòu)不能都應用短肢剪力墻體系，若使用比較多的短肢剪力墻，就需布置筒體，在筒體和短肢剪力墻共同形成剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，抵抗建筑物受到的水平荷載。

2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系特點

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系在實際設(shè)計與應用中具有以下特點：①布置豎向結(jié)構(gòu)過程中，需對建筑的隔墻位置及平面等進行綜合考慮，結(jié)合相關(guān)參數(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證建筑更好地實現(xiàn)其使用功能。②布置墻肢肢長和數(shù)量時，要對結(jié)構(gòu)進行整體計算，通過調(diào)整，使剪力墻承擔的底部傾覆力矩比例、結(jié)構(gòu)的層間位移等指標滿足規(guī)范要求。依據(jù)具體要求和實際情況，合理調(diào)整結(jié)構(gòu)整體剛度，必要情況下還可適當調(diào)整剛度中心位置。③結(jié)構(gòu)布置期間，建筑不會對該結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生限制影響，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計方案更符合住宅用戶需求，并能更好地處理樓面設(shè)計和樓蓋支撐。④通過輕質(zhì)砌體填充剪力墻之間存在的間隔墻，使建筑結(jié)構(gòu)自重有效降低，施工更加方便，并使結(jié)構(gòu)性能更具合理性，還有助于降低造價成本，節(jié)約材料消耗，提升建筑整體經(jīng)濟性。

3 高層住宅建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系設(shè)計要點

3.1 合理布置結(jié)構(gòu)

在高層住宅建筑中采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計時，首先需對結(jié)構(gòu)進行合理布置。所使用的短肢剪力墻數(shù)量需合理，所有短肢墻的分布需盡可能均勻，盡量減少軸向應力彼此的差距。如果建筑平面凹凸、所處位置風力較大或有抗震要求，需將短肢墻布置在平面角點位置及外邊緣，尤其要布置在外凸部位。所有短肢墻需盡可能拉直、對齊，使其同連梁共同形成連續(xù)多跨且比較規(guī)整的抗側(cè)力片，若無法完全對其連接，可允許部分短肢墻相互錯開。所有短肢墻都要和兩方向?qū)合嗷ミB接，并且最好在墻肢豎平面中布置梁結(jié)構(gòu)，通常要求連梁寬度等于墻肢厚度。墻肢厚度要適中，最好與隔墻表面持平，通常選擇300，250，200mm。對于異形柱或較長的墻，可在局部位置進行混合布置。對于抗震設(shè)計，一般剪力墻及筒體所承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于其底部地震傾覆力矩的1/2。

3.2 確定適用高度

抗震設(shè)計為0.3g的8度，0.2g的8度和7度，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的最大高度分別是60，80，100m。若高層建筑屬于9度抗震設(shè)計，并且其高度是A級或B級，就要進行筒體設(shè)計，不適合設(shè)計短肢剪力墻。

3.3 確定軸壓比限制

若剪力墻需承受較大的軸壓力，在設(shè)計中要對軸壓比進行限制。為改善剪力墻延性，當建筑抗震等級分別是三級、二級和一級時，短肢剪力墻受到重力荷載作用之后其對應軸壓比分別不應該超過0.55、0.50和0.45，若短肢剪力墻屬于端柱或沒有翼緣的一字形，其本身延性就比較差，所以對應軸壓比限制需要減少0.1。

3.4 確定肢厚比限制

短肢剪力墻若肢厚比相對較小，則墻肢就不具備較大強度儲備；肢厚比越大，墻肢的強度儲備越充足，同時安全性也會越好，但此時難以充分發(fā)揮其材料特性，經(jīng)濟性會有所降低。為確保結(jié)構(gòu)具有良好的綜合性能，其肢厚比應保持在6.0～7.0，此時結(jié)構(gòu)能量儲備比較充足，更能全面地發(fā)揮材料性能。

3.5 計算機軟件輔助設(shè)計要點

通過計算機軟件對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時需結(jié)合實際情況，應用軟件對簡化模型和相關(guān)參數(shù)進行合理調(diào)整，使計算模型最大程度接近實際模型。設(shè)計人員在工作中要對各參數(shù)所代表的實際意義進行充分了解和掌握，對具體參數(shù)進行合理化設(shè)計。若短肢墻具有比較大的整體性系數(shù)，需最大程度地降低肢墻系數(shù)，促使相關(guān)結(jié)構(gòu)在受到水平反復荷載作用時，依舊具有較強的耗能能力。

4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅建筑中的應用

圖1為某棟高層住宅建筑典型結(jié)構(gòu)平面，該建筑有31層，總高度在100m左右，每層有8戶。此建筑設(shè)計當中，除了核心筒，其他所有結(jié)構(gòu)均布置為T形剪力墻和短肢L形剪力墻，基本上都有墻體對其拉直，并且將短肢墻設(shè)置在外凸盡端，將外露連梁設(shè)置在內(nèi)凹的采光廊外部位置，使平面整體滿足剛性要求。該建筑為肋形樓蓋，采用的雙向樓板和單向樓板對應跨度都較小。此建筑以7度進行抗震設(shè)防，基本風壓0.5kN/m2。

在高層住宅建筑中合理應用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可使該結(jié)構(gòu)與建筑平面相結(jié)合，通過間隔墻位置對豎向構(gòu)件加以布置，不會和建筑使用功能產(chǎn)生沖突。同時，梁在與各短肢墻連接時，會根據(jù)墻肢位置進行布置，并在隔墻豎向平面中具有隱蔽性，有效解決了一般框架結(jié)構(gòu)中梁柱凸出墻面的問題。采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進行高層住宅建筑設(shè)計，能有效擴大建筑使用面積，降低建筑自重，工程基礎(chǔ)費用會有效減少，具有突出的經(jīng)濟性，對促進建筑行業(yè)健康發(fā)展具有重要作用。將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)合理應用在高層住宅建筑中，雖然結(jié)構(gòu)成本有所增加，但用戶獲得了更大的住宅結(jié)構(gòu)空間，并可對空間進行靈活劃分，房屋品質(zhì)獲得顯著提升。這種結(jié)構(gòu)體系目前在京、滬、深、穗等地廣受青睞，例如北京地區(qū)的奧林匹克花園和“龍澤苑”小區(qū)、上海地區(qū)的金橋愛建園、碧林灣、英麒苑及天江格調(diào)空間、深圳地區(qū)的山湖居、翡翠園與重慶的回龍灣等，都對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)實現(xiàn)有效應用，使建筑空間更大，便于住戶按照自己的需求和創(chuàng)意，靈活、自由地進行間隔。

圖1 高層住宅建筑典型結(jié)構(gòu)平面

5 結(jié)語

高層住宅建筑在設(shè)計期間，通過合理應用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，增強了建筑結(jié)構(gòu)的靈活性，并在優(yōu)化調(diào)整建筑之后，切實提升了建筑整體的抗震和承載能力，應用優(yōu)勢突出。為充分發(fā)揮該建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢，工程設(shè)計人員需充分了解短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)涵和特點，掌握該結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，科學、合理地應用在高層住宅建筑中，使建筑兼具經(jīng)濟性和安全性，并有效提升建筑品質(zhì)。