高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

黃勇

摘 要：短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是一種特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)，是高層建筑中的一種重要結(jié)構(gòu)體系，因此本文主要結(jié)合工程實(shí)例，對高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行深入探討，以此加深人們對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：高層建筑；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計

近年來，我國城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口密度不斷增長，因此為了滿足的人們生活需求，人們開始大力發(fā)展高層建筑，并加大了對建筑空間的研究力度，以此改善建筑功能，使室內(nèi)布置更加靈活，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是一種新的結(jié)構(gòu)形式，是在原有的剪力墻設(shè)計基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，具有結(jié)構(gòu)剛度好、平面布置合理等優(yōu)點(diǎn)，因此能夠在高層建筑中發(fā)揮重要作用，值得我國建筑工作者應(yīng)用與推廣。

1工程實(shí)例

某高層建筑工程的的總建筑面積約為6500m2，建筑總高度為52.5m，該高層建筑的設(shè)防烈度為8度，場地類別為Ⅱ類，其混凝土的強(qiáng)度等級為C30-C25，梁、板、墻的鋼筋強(qiáng)度等級分別采用HRB400、HPB235、 HRB335，其中當(dāng)板的直徑大于12時，其鋼筋強(qiáng)度等級應(yīng)采用HRB335，該高層建筑采用的為純剪力墻結(jié)構(gòu)，并將墻肢底部的加強(qiáng)部位的寬度設(shè)置為250mm，將墻肢以上部位的寬度設(shè)置為200mm，因此結(jié)合該工程特點(diǎn)，針對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2短肢剪力墻強(qiáng)結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)

短肢剪力墻強(qiáng)結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）目前我國關(guān)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)參考文獻(xiàn)中，認(rèn)為在中、高層建筑結(jié)構(gòu)中，5-8之間是聯(lián)肢墻的單肢高厚比的剛度急劇變化的臨界點(diǎn)，這主要是因?yàn)楫?dāng)單肢高度比超過5-8之間，短肢剪力墻的剛度和承載力都在呈緩慢上升的趨勢，而當(dāng)其高厚比低于5-8之間，短肢剪力墻度的承載力會迅速下降，由此可以看出將短肢剪力墻度的高厚比控制在5-8之間是最為合理的。

（2）當(dāng)短肢剪力墻的高厚比小于5時，就會使連梁剛度過大或者過小，從而造成建筑框架變形，影響建筑的抗震性能，另外還會使短肢剪力墻受到彎剪形破壞。

3 短肢剪力墻配筋方式分析

短肢剪力墻高厚比位于柱與一般剪力墻之間，在實(shí)際工程中，其配筋方式也由于工程設(shè)計者的個人習(xí)慣不同而有所差別。一般有兩種配筋方式：第一種按柱配筋方式，縱筋基本均勻布置在剪力墻周邊；第二種按剪力墻配筋方式，在墻端部設(shè)置暗柱，縱筋主要配置在暗柱內(nèi)。以上兩種配筋方式分析如下：

3.1 按柱配筋方式

與柱配筋相同，縱筋基本均勻配置在周邊。而剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)剛度大，承載力大，平面外剛度和承載力均相對較小。短肢剪力墻受力性能與一般剪力墻接近，變形后符合平面假定，受力時平面內(nèi)兩端受力大，因此，縱筋配置應(yīng)集中在端部才能發(fā)揮鋼筋強(qiáng)度。按照柱配筋方式墻肢中部配筋因距中和軸較近，不能充分發(fā)揮其強(qiáng)度。同時參照異形柱配筋特點(diǎn)，異形柱配筋要求配置在端部邊緣及折角處，腹部考慮受力翹曲影響，僅配置構(gòu)造鋼筋。由此可見按照柱配筋的方式與短肢剪力墻受力特點(diǎn)不符，配筋不合理。

3.2 按剪力墻配筋方式

短肢剪力墻受力特點(diǎn)與一般剪力墻相似，按照剪力墻配筋方式較符合其受力特點(diǎn)。由于邊緣構(gòu)件中箍筋對砼的約束，使砼有較大的變形能力，避免受壓區(qū)混凝土過早的壓碎破壞，同時也限制了裂縫的發(fā)展，從而提高了剪力墻的延性和耗能能力，但是當(dāng)短肢剪力墻縱向鋼筋大部分配置于端部暗柱內(nèi)時，由于“高規(guī)”對短肢剪力墻縱向鋼筋的配筋率規(guī)定為底部加強(qiáng)部位不宜小于1. 2%，其他部位不宜小于1. 0%，可能使暗柱內(nèi)配筋率過高，同時又可能出現(xiàn)在變截面處配筋量突變的情況。

3.3 配筋建議

從上述分析中可以看出短肢剪力墻高厚比為5～ 8，受力狀態(tài)從柱過渡到剪力墻，變化幅度大。工程中剪力墻形狀也千變?nèi)f化，設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體處理。個人認(rèn)為短肢剪力墻配筋可按照以下原則配置：

（1）縱向鋼筋的配置應(yīng)主要配置在平面內(nèi)的端部形成暗柱。暗柱范圍可以按照一般剪力墻邊緣構(gòu)件的的要求確定。暗柱內(nèi)的縱向鋼筋配筋率可根據(jù)短肢剪力墻高厚比的增大而減小，當(dāng)高厚比接近于一般剪力墻時，其暗柱內(nèi)縱向鋼筋配筋率也應(yīng)接近于一般剪力墻邊緣構(gòu)件最小配筋率的要求。

（2）當(dāng)暗柱縱向配筋率較高時，為保證短肢剪力墻“強(qiáng)剪弱彎”的要求，應(yīng)適當(dāng)提高暗柱內(nèi)的最小配箍率特征值，暗柱以外的墻肢內(nèi)的水平配筋也應(yīng)按一般剪力墻配筋構(gòu)造適當(dāng)加強(qiáng)。

4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計建議

相對于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在進(jìn)行設(shè)計時，需要引起重視的方面如下：

（1）由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對較小，設(shè)計時宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時也形成兩道抗震設(shè)防。

（2）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時，會加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開裂，所以，應(yīng)盡量避免將短肢剪力墻布置在結(jié)構(gòu)周邊等扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大的部位，如必須布置時應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率；并且短肢墻應(yīng)在兩個方向上均有連接，避免形成孤立的“一”字形墻肢。

（3）短肢剪力墻應(yīng)盡量設(shè)計成聯(lián)肢墻，通過各種研究試驗(yàn)分析，短肢剪力墻可以很好的形成聯(lián)肢墻，可以提供足夠的剛度。獨(dú)立短肢剪力墻的剛度很低，對結(jié)構(gòu)整體剛度貢獻(xiàn)很小。

（4）高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個耗能構(gòu)件，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度相對較小，連接各墻肢間的梁已類似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不宜在計算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào)，使其設(shè)計內(nèi)力降低，宜按普通框架梁要求，控制混凝土壓區(qū)高度，其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%～ 80%來解決，按強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁的延性要求進(jìn)行計算。

（5）“高規(guī)”第7. 2. 1條中有規(guī)定短肢剪力墻全截面縱向鋼筋最小配筋率的要求，而與抗震等級無關(guān)。對短肢剪力墻最小配箍率特征值也沒有比一般剪力墻提高規(guī)定，實(shí)際工程設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整處理。

（6）“高規(guī)”第7. 2. 1條中的8條措施明確指出根據(jù)短肢剪力墻數(shù)量少，抗震等級低，所處部位不在角部，軸壓比小，墻肢高厚比大等情況，應(yīng)根據(jù)具體工程實(shí)際情況理解和應(yīng)用規(guī)范，做到安全、經(jīng)濟(jì)、合理。

總結(jié)：

綜上所述，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的需求，促進(jìn)高層建筑的發(fā)展，但是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)還存在許多缺點(diǎn)，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)充分發(fā)揮短肢剪力墻節(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，盡量避免短肢剪力墻缺點(diǎn)，同時應(yīng)采取合理有效的措施，不斷優(yōu)化短肢剪力墻的優(yōu)化設(shè)計，從而保證高層建筑質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高層建筑建設(shè)的經(jīng)濟(jì)、合理，筆者認(rèn)為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景比較廣闊，因此應(yīng)加大對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的推廣和應(yīng)用，以此促進(jìn)我國高層建筑的持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳耀. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析探討[J]. 福建建材，2011，04：36-37+39.

[2]鄭衛(wèi). 高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J]. 工業(yè)建筑，2011，S1：236-239.

[3]王軍，李岳. 高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[A]. .土木工程建造管理（5）[C].：，2010：3.

[4]馬守才. 高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討[J]. 中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2012，04：110-111.

[5]戴劉毅. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析[J]. 城市建筑，2014，01：43+65.

[6]孟燦，黃圍. 高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 廣東科技，2010，04：120-121.