高层建筑短肢剪力墙结构设计问题探讨

高层建筑短肢剪力墙结构设计问题探讨

马春辉

华域建筑设计有限公司 辽宁沈阳 110179

摘要：时代的发展进步,生活品质的提高,人们对住宅的质量和结构也提出了越来越多的要求。现代建筑设计中小高层建筑相较高层建筑有所不同,剪力墙结构也不能满足人们日益增长的对生活体验的高追求的要求。因此本文介绍的短肢剪力墙结构,为现代住宅建筑设计带来新的发展思路。 

关键词：高层建筑；短肢剪力墙；结构设计

引言

高层建筑从竖向上拓展城市空间，在城市建筑中的运用越来越广泛。在目前的高层建筑中，短肢剪力墙是其经常应用的一种结构形式，这种结构形式自身具有的抗侧能力和空间力学性能极大地符合高层建筑的要求，在建筑结构设计中具有独特的优势。

1 短肢剪力墙的特点及优势

短肢剪力墙是剪力墙结构中最主要的模式。目前建筑行业中使用的剪力墙结构的墙体材料主要为钢筋混凝土，通常情况下，剪力墙墙肢与剪力墙厚度之间的比值需要超过12.5。目前建筑施工中应用的剪力墙，其墙体厚度小于300 mm，截面高度与厚度之比大于4，小于8。短肢剪力墙适宜用在高层建筑的局部中，但要注意结合各个建筑的功能和结构，因地制宜地予以利用。对比传统的剪力墙结构，短肢剪力墙具有以下优势：①结构布置较为灵活，能够结合建筑的空间布局适时进行布局调整；②此种类型的剪力墙结构，其经常利用轻质的砌体筑成，这样可以减轻结构的重量，有效提高建筑物的抗震性能；③此种结构具有跨度比较大的连梁，当发生地震时，在弱连梁的两侧会有塑性铰产生，具有非常好的耗能能力；④短肢剪力墙的高与宽之间存在较大的差距，具备良好的延性，结构极具稳定性，同时这种特性能使墙肢的承载能力得到充分发挥。

2 高层建筑中短肢剪力墙结构的设计要求

2.1 材料强度

考虑到剪力墙的承载及变形能力，剪力墙的主体混凝土的强度不能过低。我国现行相关规范中要求，短肢剪力墙结构中的混凝土强度等级应不低于C30。

2.2 局部结构设计

目前我国很多的建筑物采用高层建筑形式，因此在对短肢剪力墙进行设计时，应保证其满足相应的抗震要求。短肢剪力墙结构的局部结构设计规范主要包括以下内容：①连接各剪力墙的柱梁要与剪力墙墙肢布置在同一竖直平面，墙体两端的延伸方向应保证有柱梁与之连接；在对应位置装设翼缘，尽量避免“一”字形的剪力墙结构出现在设计图纸中；②针对高度较高的楼层，可适当增加一部分长墙，与电梯、楼梯共同构成大型筒体。布置全面的抗震体系，提高高层建筑结构的刚度；③一般采用强墙柱弱连梁式的布局体系，能够有效提高结构的抗震性能；④短肢剪力墙的具体布局效果应与整体结构保持一致。分析各个结构的受力情况，需要保证各个结构受力保持相对的平衡，短肢剪力墙与整体结构之间的刚度值不应差距太大；⑤适当增加墙体周围的墙肢厚度，依照各结构的要求，可增加钢筋的数目，并缩减轴压比例。这种方式主要是为了减轻短肢剪力墙的水平受力，避免出现墙体开裂现象；⑥若涉及竖向布置墙体，应从整体上对各墙肢进行整齐排列，减少洞口错位的概率，增强短肢剪力墙的抗侧能力。

3 短肢剪力墙在高层结构设计中的应用

3.1 短肢剪力墙布置分析

在进行短肢剪力墙的布置过程中，应该充分结合建筑本身的布置特点，在建筑中进行均匀布置，并且合理控制墙的轴向应力。在进行竖向布置的过程中，需要使墙肢的上下保持对齐状态，同时需要连续，避免存在洞口错位的情况，使其与连梁共同构成较多跨数的抗测力体系。对于短肢剪力墙的厚度设计要严格按照相关规范，在保障建筑安全性能的前提下，减轻建筑本身的自重。在进行底部加强时，其厚度需要超过200 mm，一字形独立剪力墙的底部加强部位设计厚度要在220 mm 以上，其他部位的设计厚度应在180 mm 以上。剪力墙在高层建筑中的竖向设计可自下往上均匀减少，严禁其刚度突变。

3.2短肢剪力墙在高层建筑中的抗震分析

在高层建筑结构形式中，楼层的最大弹性水平位移应该尽量控制其小于该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍，在进行空间计算模型的设计时，应该考虑双向扭转的影响，以对建筑的抗震性能综合考虑。短肢剪力墙在高层建筑中的抗震等级不再提升，并对延性着重考虑。在进行抗震设计时，根据抗震等级对剪力墙的轴压比合理设计，尤其要考虑一字形短肢剪力墙的延性分析，可以将其轴压比限值降低0.1。

3.3短肢剪力墙在高层建筑中剪力设计值以及配筋率分析

对于短肢剪力墙的剪力设计值需对结构底部及其他各层进行综合考虑，在一、二、三级抗震等级中，在设计时将其分别乘以1.4、1.2与1.1，其关键目的就在于避免短肢剪力墙过早受到外力冲击而遭受破坏。短肢剪力墙的竖向钢筋配筋率应该根据抗震等级进行设计，一、二级不应小于1.2%，三、四级要在1.0%以上。一字形短肢剪力墙延性以及平面外稳定性需要着重考虑，在高层建筑中，应该避免采用一字形短肢剪力墙。在建筑结构的整体设计中，应当适当加强短肢剪力墙的翼缘。

4短肢剪力墙在高层设计中应用时应该注意的问题

4.1严格控制轴压比

短肢剪力墙的轴压比控制主要是针对端柱以及无翼缘的一字形短肢剪力墙进行着重考虑。有关数据显示，在小偏压状态下，剪力墙承受压力与弯矩时，就会导致剪力墙的延展性降低。并且，在大偏压状态下，过大的轴压极易因为多种因素的融合提前达到混凝土的极限压应变，使建筑本身的承载能力以及变形能力受到严重削弱。因此，在高层建筑结构的设计中，要综合各种因素确定短肢剪力墙的轴压比。

4.2加强抗震性能的研究工作

短肢剪力墙在高层建筑结构中，抗震性能一直是其薄弱环节，主要表现在建筑的边缘一级角点处的短墙肢的设计上。在一字形短肢剪力墙的设计工作中，对相连连梁尤为注意，加强延性抗震构造措施，可适当加厚墙体，如在厚度上选取250mm，在底部加强部位选取300mm。高层建筑结构构造中，如何提升短肢剪力墙在抗震性能尤为重要。目前，很多高层建筑功能定性为住宅模式，居民居住的较高密度要求建筑本身应具有较高的抗震性能。

4.3合理选择截面形式

剪力短肢墙的截面优先选择十字形、L形以及T形，在外墙的转角处严禁使用一字形墙肢，并且在整栋建筑中，慎重选择一字形模式，尽量少用。根据高层建筑的抗震等级等相关要素的研究，合理选择横截面，保障墙与梁之间的有效断面。

4.4科学选择计算方式

短肢剪力墙在进行杆件内力计算以及结构本身动力特性分析时，应该综合利用现代信息计算技术，采用三维演算方法进行科学、系统分析。另外，针对剪力墙结构计算可采用PKPM中SATWE模块或者盈建科等软件进行比较分析。竖向构件包括薄壁杆模型以及墙元模型，根据设计对象的要点，合理选择计算方式。同时，软件计算时，墙元划分并不需要过分追求细化，原因在于单元有一定的厚度，并且单元自身的长、宽以及厚度之间的比例值接近时，此时不应该再使用墙元进行计算。

5结束语

短肢剪力墙结构是从传统剪力墙结构中分离出来的一种特殊形式，将其运用在高层建筑中，符合高层建筑拓展空间的要求；从目前这种结构在高层建筑中的运用情况来看，它是一种较为经济适用的建筑结构形式，其施工操作较为灵活方便，其抗震性能优于传统的剪力墙结构，在建筑结构局部中发挥重要作用。未来，随着城市高层建筑规模的扩大，短肢剪力墙结构在建筑设计的应用率将进一步提升。结构设计人员要利用这种有利趋势，坚持一般设计规范，因地制宜地完善设计细节，使短肢剪力墙结构的优势得到充分发挥。

参考文献：

[1]吴晓磊.小高层建筑结构中短肢剪力墙的设计要点综述[J].建设科技,2019(15):80-82.

[2]王明明,张金良.浅谈短肢剪力墙结构高层住宅抗震设计[J].绿色环保建材,2019(07):71-72.