淺析高層建筑結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的設(shè)計(jì)和發(fā)展

吳鴻遠(yuǎn)

池州市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)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(duì)房屋建筑的要求越來越高，和傳統(tǒng)的普通框架結(jié)構(gòu)建筑物相比，現(xiàn)代建筑不僅可以滿足于人們對(duì)建筑物體美觀的要求，同時(shí)也可以滿足于人們對(duì)建筑物體的實(shí)用性要求。在傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中受到分隔房屋空間的限制，很難滿足人們對(duì)房屋空間的需求，所以出現(xiàn)了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式解決了傳統(tǒng)的普通剪力結(jié)構(gòu)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(yè)和用戶的喜愛和青睞，近年來在小高層建筑結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的基本概念

在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)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(shè)計(jì)壁式框架的理念來設(shè)計(jì)；同時(shí)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(shè)置砌體填充墻設(shè)置的，所以要求洞口盡量大一些，不能設(shè)計(jì)為整體小開口的形式；故更加安全和經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)理念是將其設(shè)計(jì)為聯(lián)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?yàn)闃?gòu)成這些剪力墻的墻肢較為短小，應(yīng)該盡量保證結(jié)構(gòu)布置較為對(duì)稱與均勻，達(dá)到剛度和抗震的基本要求。同時(shí)在地震狀態(tài)下，短肢剪力墻的墻肢會(huì)出現(xiàn)受彎狀態(tài)，故此狀態(tài)下墻肢的延性較好。但是過多的短肢剪力墻會(huì)影響整體建筑物的抗震性能，應(yīng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）從結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能，剛度分布更均勻，受力更合理，是高層住宅建筑穩(wěn)定性和安全性的重要保障。與框架結(jié)構(gòu)相比，因其具有更多的優(yōu)異性能，所以在高層住宅建筑的實(shí)際設(shè)計(jì)和施工中得到了較為廣泛的應(yīng)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(jù)形狀特點(diǎn)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(jié)構(gòu)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(huì)形成類似于柱的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)并非呈現(xiàn)為傳統(tǒng)意義的方形或者是矩形，因此在施工作業(yè)中將這種墻體稱為異形柱。當(dāng)異形柱與連梁之間互相連接，形成的框架結(jié)構(gòu)就被稱為異形柱框架。高層建筑由于自身需要抵抗側(cè)力位移的原因，不能全部使用異形柱結(jié)構(gòu)，還需要適當(dāng)?shù)厥褂枚讨募袅Γ驗(yàn)槎讨袅哂休^高的穩(wěn)固性特征，結(jié)構(gòu)安全性能也更好[2]。

（2）在具體建筑設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)靈活性較大，可以選取不同的短肢剪力墻設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行多種布置，根據(jù)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?yàn)槎讨袅哂惺芰Ψ植季鶆虻奶攸c(diǎn)，進(jìn)行平面結(jié)構(gòu)的分布設(shè)計(jì)時(shí)可考慮使用在墻體轉(zhuǎn)角處，這樣連梁能夠?qū)⒍讨袅β?lián)系為受力均勻、結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)件，對(duì)建筑整體的使用功能不會(huì)造成較大的影響。短肢剪力墻適用性強(qiáng)，可根據(jù)建筑的實(shí)際需求，靈活地對(duì)位置和數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，同時(shí)尺寸也可以根據(jù)建筑平面結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，最終可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)力要求確定。同時(shí)剪力墻的具體尺寸以及位置，能對(duì)層間結(jié)構(gòu)的剛度中心具有一定的調(diào)整作用。短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)布置具有較強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可在同一平面布置多種連梁和剪力墻，這樣可以加強(qiáng)建筑整體結(jié)構(gòu)隱蔽性的特點(diǎn)，也能使建筑平面更具美觀性。在實(shí)際工程中，根據(jù)減緩側(cè)向位移的設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要對(duì)高層建筑豎向結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行重新劃分，合理利用短肢剪力墻能夠有效提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性能[3]。

3 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中短肢剪力墻技術(shù)的應(yīng)用

3.1 短肢剪力墻技術(shù)在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)

①要根據(jù)民用建筑的具體空間來進(jìn)行短肢剪力墻的高度設(shè)置。短肢剪力墻的高度要根據(jù)民用建筑的空間高度以及縱向承載力來確定，同時(shí)也要考慮民用建筑所用的建筑用材的最大承載力，結(jié)合材料、高度、縱向承載力來科學(xué)設(shè)計(jì)短肢剪力墻的高度，以達(dá)到完美的抗震效果，同時(shí)避免了資源的浪費(fèi)。②短肢剪力墻的空間布局要科學(xué)合理。短肢剪力墻的位置設(shè)定，要嚴(yán)格遵循民用結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能的具體規(guī)定，要控制好各短肢剪力墻之間的間距以及使用數(shù)量，要通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方案進(jìn)行短肢剪力墻的設(shè)置，要綜合考慮短肢剪力墻的應(yīng)力分布情況，盡量保證短肢剪力墻的對(duì)稱分布，要緊緊圍繞中心剪力墻來進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，讓整體的受力情況達(dá)到均衡的標(biāo)準(zhǔn)。③剪力墻連梁的設(shè)計(jì)。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(xué)性能，保證剪力墻連梁的破壞是在屈服強(qiáng)度破壞之后，不應(yīng)加入會(huì)破壞整體力學(xué)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(shù)是在不改變原有框架下的民用建筑結(jié)構(gòu)改良的技術(shù)手段，要充分考慮民用建筑上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)的力學(xué)平衡，結(jié)合中心剪力墻，設(shè)計(jì)出符合民用建筑剛度的短肢剪力墻設(shè)計(jì)，以保證工程施工的順利進(jìn)行[4]。

3.2 抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)短肢剪力墻的墻洞開展有效的設(shè)計(jì)后，還需要對(duì)抗震性進(jìn)行設(shè)計(jì)，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?qū)ι狭哼M(jìn)行連接，其需要對(duì)短肢剪力墻墻肢豎向平面等進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)。這兩個(gè)方向上需要把短肢剪力墻聯(lián)系起來，以此來保障翼緣方向的一致性，短肢剪力墻也會(huì)減少出現(xiàn)一字排開的現(xiàn)象。②均勻布置短肢剪力墻，使各個(gè)墻軸能夠逐步縮小與應(yīng)力之間的差距。而在設(shè)計(jì)豎向短肢剪力墻時(shí)應(yīng)該對(duì)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(xiàn)孔口發(fā)生錯(cuò)位的現(xiàn)象，以此能夠形成抗側(cè)力，從而使得短肢剪力墻能夠發(fā)揮出自身的抗震性能。③對(duì)短肢剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，因其自身的抗側(cè)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(qiáng)的抗震性、保障結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的剛度，使得建筑結(jié)構(gòu)不再受到地震的影響，變形情況也不會(huì)再出現(xiàn)。④軸壓比出現(xiàn)不斷降低的趨勢，能夠保障墻肢的厚度或者配筋厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，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(shù)要點(diǎn)

短肢剪力墻模板工程施工作業(yè)前，技術(shù)人員需要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際特點(diǎn)以及圖紙中短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行模板工程的詳細(xì)施工設(shè)計(jì)，要特別注意施工設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，目的在于確保模板作業(yè)的施工安全。模板作業(yè)的前期階段，特點(diǎn)在于：存在較多的接頭作業(yè)，接頭處理不好，會(huì)影響模板的嚴(yán)密性，后期也會(huì)影響混凝土的振搗效果。因此對(duì)接頭要進(jìn)行統(tǒng)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(xiàn)的拼縫對(duì)混凝土質(zhì)量的影響，也能有效保證短肢剪力墻施工質(zhì)量，并提升施工作業(yè)速度[6]。

4 結(jié)束語

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻的相關(guān)設(shè)計(jì)一直是個(gè)困擾設(shè)計(jì)者的問題。怎樣綜合發(fā)揮出短肢剪力墻節(jié)省空間，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)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(jìn)行了探討和分析。通過本文的探討和分析，合理地進(jìn)行平面布置，控制整體布置的對(duì)稱和均勻，以及進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算與推導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使短肢剪力墻的抗震性能有明顯提升，實(shí)現(xiàn)在工程中的推廣運(yùn)用。