短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用研究

楊小奇

摘 要：在高層建筑結構設計中，對于短肢剪力墻的研究已經越來越深入，應用也越來越廣泛，然而在許多實際工程項目的設計應用中還是會有一些較為普遍的通病和難題，對現代結構工程設計師也是提出了新的要求和挑戰。對短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用特點、應用優勢和存在問題進行深入分析，并從抗震性能、總體布局、設計參數、墻洞設計、軸壓比控制等方面對短肢剪力墻結構設計的有效策略進行研究，旨在為高層建筑短肢剪力墻結構設計提供參考，為高層建筑建設添磚加瓦。

關鍵詞：短肢剪力墻；高層建筑；結構設計；應用

中圖分類號：TU973.16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）05-0043-03

0 引言

近年來，短肢剪力墻技術成為高層建筑工程建設中的一項至關重要的內容。高層建筑結構設計中逐漸增加了對這項工作的重視，開展短肢剪力墻的結構設計工作重點是按照其結構特點和優勢，遵循相關設計原則，有效規避當前普遍存在的一些應用問題。與此同時，強化其結構設計中的應用策略，為短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的施工應用奠定堅實的基礎。

有鑒于此，對于高層建筑結構設計而言，短肢剪力墻的結構工作至關重要，順利開展此項工作，能為工程建設質量提供保障，同時能為高層建筑的使用功能優化和抗震性能強化提供可靠支持。

1 短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用概述

1.1 短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用特點

首先，在高層建筑結構設計中，應用短肢剪力墻能更有效地節省空間，能夠有效規避平面總體布局中建筑與結構專業的一些沖突，從而滿足不同高層建筑的個性化使用功能，提升建設單位的經濟效益和客戶的使用體驗。

其次，通過短肢剪力墻結構的應用，可以給予建筑設計師更大的設計空間，便于科學、靈活地對平面布置方案進行比選和優化，通過各種個性化地布局來滿足客戶的各項特別需求，保障建筑結構的安全可靠性。

再次，短肢剪力墻結構的設計計算與異形柱較為相似，其往往存在典型的反彎點，使得該處的軸向應力和剪應力會比較大。所以在其設計計算中要對各種工況中的極限狀態較為敏感，尤其是不能忽視偏心抗拉、偏心抗壓、軸心抗壓、斜截面抗剪以及集中力造成的局部抗壓等多項驗算[1]，必須采用一整套科學的構造設計措施來保證其抗震性能。

從次，短肢剪力墻結構的應用能夠降低剪力墻結構的工程量，但會影響建筑的抗震性能，尤其是抗震性能驗算中，對于短肢剪力墻結構的翹曲變形較為敏感。因此要在平面布局中，盡量避免或減少在端部和邊緣部位設置短肢剪力墻，實在無法避免的情況下，也要設置足夠可靠的構造措施。

最后，短肢剪力墻結構的工程量相對較小，在滿足高層建筑結構設計要求的基礎上，其鋼筋混凝土用量相對較少，經濟優越性較為明顯。

1.2 短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用優勢

首先，由于短肢剪力墻結構的截面寬度以及高度相對較大，對于高層建筑結構的安全和穩定性方面具有一定的優勢，因此與普通的剪力墻結構相比，在建筑材料應用方面具有可觀的經濟效益。

其次，短肢剪力墻結構的自振周期相對較大，因此剛度也明顯較大，抗側移等方面的抗震性能較為優越。

再次，短肢剪力墻結構的平面布局設置方面靈活度高，對于高層建筑使用功能的個性化需求較為有利，且由于短肢剪力墻結構之間只需要采用輕質材料砌筑的隔墻予以填充，對于降低高層建筑結構自重、提高結構承載能力和抗震性能均能帶來有利影響。

最后，在短肢剪力墻結構中可以通過連梁設計，為整體結構提供塑性鉸[2]，從而為高層建筑結構的抗震減傷帶來有效幫助。

2 短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用現狀

2.1 短肢剪力墻存在過度使用的情況

短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的缺陷和短板也是較為明顯的，尤其是在一些不合適的部位設置短肢剪力墻，將給整個高層建筑結構的抗震性能帶來極大的隱患。然而在許多高層建筑結構設計實踐中，設計師們往往片面地考慮空間美感和個性化設計，過度應用短肢剪力墻結構[3]，沒有對高層建筑結構的整體性能進行全面考慮，毫不限制短肢剪力墻結構的應用部位和應用數量，從而留下了抗震性能瑕疵和安全風險。

2.2 數據分析和計算的科學合理性有待提高

在高層建筑結構設計中，必須依靠合理的數據和資料支持，以及相關軟件的技術支撐。然而當前在短肢剪力墻結構設計中使用較為廣泛的就是TAT與SATWE這兩款計算軟件[4]，它們的計算方式與側重點也是各有千秋。在實際的建筑結構設計中，若不重視項目的實際需求和不同計算軟件的差異化，就會造成高層建筑結構設計從總體上不夠科學。例如對于短肢剪力墻結構的截面寬度以及高度等各項參數的設置不合理，從而導致整個高層建筑結構的安全穩定性受限，抗震性能降低。對于計算軟件的理解和把握能力不足，造成整個計算過程不夠嚴謹，實際計算與分析成果不夠合理。

2.3 規劃布局不夠嚴謹

在高層建筑結構設計中，大都會采用鋼筋混凝土作為主要材料，以保障高層建筑結構的安全和穩定性能。通過保證結構布置科學合理、結構傳力體系清晰明確，以保障高層建筑結構的抗震性能。

然而就目前短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用來看，普遍存在總體布局和規劃不合理，導致結構存在不對稱、重心不穩、傳力不明確等問題。過量應用短肢剪力墻結構，也可能導致高層建筑結構剛度偏大而抗震性能偏弱的情況[5]。

2.4 設計方案尚需優化

盡管短肢剪力墻結構比普通的剪力墻在經濟效益方面優勢顯著，然而由于結構工程設計師在實際設計工作中，由于工作周期太短、設計理念太保守等因素，導致其設計過程中對于工程經濟指標的控制不嚴，導致資源浪費、經濟效益未能落實等問題。有鑒于此，在今后的短肢剪力墻結構設計中對于方案的優化還是極為必要的。

3 短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的應用策略

3.1 抗震性能分析

在高層建筑結構設計中，一旦在端部或邊緣部位設置了短肢剪力墻結構，那么就使得整個高層建筑結構不可避免地產生了抗震性能短板，因此在這方面有必要提高認識、加強重視。如對于一字形的短肢剪力墻結構，就要重視其連梁設計的構造措施優化，以及短肢剪力墻結構截面寬度的指標控制[6]。與此同時，在短肢剪力墻結構中對于含鋼量和軸壓比的控制都是極為重要的，只有做好了這些工作，才能有效減輕短肢剪力墻結構的水平應力，從而避免建筑出現結構破損。

3.2 總體布局分析

短肢剪力墻在高層建筑結構設計中的總體布局必須全面考慮項目特點，盡量保證結構均勻對稱，限制墻肢的軸向受力。在豎向設計方面，原則上要確保短肢剪力墻結構上下一致，如果對截面寬度的設計存在豎向變化，要注意其自下而上均勻降低[7]。此外，要加強連梁的設計優化和構造措施，杜絕墻洞的錯位設計。就短肢剪力墻結構的截面寬度而言，也要綜合考慮，既要保證結構的安全穩定，也不能忽視降低結構自重、提高經濟效益。

3.3 設計參數分析

為確保參數設置和計算分析的科學合理，結構工程設計師們應當學習和掌握新時代的信息技術，通過充分地整體計算和分析。例如通過應用TAT和SATWE這兩款軟件，甚至再加上其他軟件同步計算，并通過數據的對比分析，最終得出更科學的設計參數和更嚴謹的設計成果[8]。

3.4 墻洞設計分析

首先，要對墻洞的空間位置進行科學布置，并通過合理的標準進行細化設計。只有確定好了墻洞的位置，才能保障短肢剪力墻結構設置的合理性。期間還需注意墻洞的間距，按照項目的實際情況來設計合適的間距。

其次，在短肢剪力墻結構設計過程中，對于墻洞的疊合有時會出現錯位，一旦發現這種情況，必須予以重視，盡量避免出現結構不規則和結構復雜的狀況，必要時可以通過設置輕質填充墻甚至重新設計短肢剪力墻結構的方式來進行糾偏[9]。

最后，BIM技術的應用對于短肢剪力墻結構的墻洞設計而言也是非常必要的，先進的新技術應用能夠對高層建筑結構設計帶來很大的幫助。

3.5 軸壓比控制分析

在高層建筑結構設計中，短肢剪力墻結構的軸壓比控制是非常重要和必要的。相關研究發現，如果短肢剪力墻結構受壓過大，其鋼筋混凝土結構就會因為軸壓比太大以及其他各項不利情況的負面影響，甚至達到極限壓應變，使得高層建筑結構的承載與變形性能都大大降低[10]。由此可見，在短肢剪力墻結構設計中，對軸壓比控制必須予以極度關注。

3.6 總結

本文對某高層建筑結構設計中的短肢剪力墻進行分析，研究墻肢厚度對于高層建筑結構特性和安全性的影響。設置墻肢厚度分別為0.2 m、0.225 m、0.25 m、0.275 m、0.3 m的5種方案，通過計算分析得出其墻肢軸壓比的變化趨勢如圖1所示。

從圖1中可以看出，對于同一種方案，隨著樓層越高，其軸壓比逐漸減小，每個樓層比其下一層的軸壓比減小約0.03左右。其中，對于墻肢厚度為0.2 m的方案，其第一層、第二層的軸壓比超出了規范要求的限值0.6，表明該方案不滿足設計規范要求。而對于其他四種方案，雖然都滿足設計規范要求，但是還需從經濟和安全兩方面進行綜合考慮，作出取舍，從而最終選定最優的方案。

4 結束語

雖然高層建筑結構設計中，對于短肢剪力墻的研究和應用已經越來越深入、越來越廣泛，然而在許多實際工程項目的設計應用中還是會有一些較為普遍的通病和難題，這對于現代結構工程設計師也是提出了新的要求和挑戰。因此結構工程設計師們應當持續加強理論學習，不斷提升設計水平，對于新時代的科學技術和軟件應用要加深理解和把握，尤其是對于短肢剪力墻在高層建筑結構中的抗震性能、總體布局、設計參數、墻洞設計、軸壓比控制等方面都做到盡善盡美，從而才能交出安全可靠、經濟合理的設計成果。

參考文獻

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