高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

馬朝強(qiáng)

摘 要：在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是一種常見的結(jié)構(gòu)。這主要得益于其截面較小，容易形成較廣的空間，滿足建筑在觀賞方面的需求。作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)充分意識(shí)到短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性，并掌握其設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，才能更好地提高高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，最終提高整個(gè)高層建筑的工程質(zhì)量。

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

1 導(dǎo)言

在高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)熟練掌握其設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提升對(duì)此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，才能更好地確保其滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需要才能更好地促進(jìn)其作用的發(fā)揮。以下筆者就此展開探究性的分析。

2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系概述

2.1 短肢剪力墻定義

短肢剪力墻指截面厚度不大于300mm，各肢橫截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻。所謂“短肢剪力墻—筒體（或一般剪力墻）”結(jié)構(gòu)體系，是融合框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，剪力墻的長(zhǎng)短可靈活布置，是介于剪力墻與異形柱之間的新的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式能較好適應(yīng)小高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系。

2.2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系根據(jù)高層住宅平面的特點(diǎn)，利用豎向交通中心區(qū)的分隔墻設(shè)置鋼筋混凝土墻，組成一個(gè)基本完整的核心筒體，作為承受豎向荷載和抗側(cè)力的主要部分。外圍部分的豎向構(gòu)件，視結(jié)構(gòu)受力需要和建筑平面布置，在房間的分隔墻體處可靈活設(shè)置短肢剪力墻。在各短肢剪力墻之間布置連系梁，把短肢剪力墻和核心筒體連成一個(gè)整體，構(gòu)成整棟建筑的結(jié)構(gòu)體系。短肢剪力墻墻肢約為5倍肢寬，短肢剪力墻的截面厚度不應(yīng)小于200mm。布置形式通常采用L形，T形，也有少量十行，Z行，一字形截面。其形式隨交點(diǎn)處建筑分隔墻形式而定，也可混合布置部分長(zhǎng)墻肢或矩形柱。

3 設(shè)計(jì)原則分析

在對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)切實(shí)堅(jiān)持以下幾點(diǎn)原則：

（1）確保短肢剪力墻均勻布置，這樣才能確保建筑物自身的剛度與質(zhì)心相同，從而預(yù)防在地震情況下導(dǎo)致其出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的情況。

（2）在布置結(jié)構(gòu)時(shí)確保其靈活性和可調(diào)整性，且選擇方案較多，能更好地對(duì)樓蓋支承進(jìn)行處理。

（3）主要是在間隔墻交接處進(jìn)行短肢剪力墻設(shè)置，在布置豎向構(gòu)件時(shí)不能影響建筑的使用功能，并嚴(yán)控墻肢數(shù)量，結(jié)合抗側(cè)力確定其數(shù)量，預(yù)防結(jié)構(gòu)過(guò)剛或者過(guò)柔。

（4）嚴(yán)控墻肢厚度，預(yù)防墻肢從各間隔墻的表面凸出，并符合高層建筑在剛度方面的需求，并將中心剪力墻作為抗側(cè)力構(gòu)件。

（5）針對(duì)建筑造型不規(guī)則，亦或是水平凹凸較大，確保將其在平面各邊緣處、各角點(diǎn)處布置短肢剪力墻，這樣不僅能提高結(jié)構(gòu)的整體性，而且還能符合結(jié)構(gòu)平面剛度的需要。

（6）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并不能完全適用于所有的高層建筑，尤其是短肢剪力墻較多時(shí)，還應(yīng)設(shè)置普通的剪力墻，利用其與短肢剪力墻一同作為抵抗作用的剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)短肢剪力墻較多時(shí)，還應(yīng)將其建筑高度適當(dāng)?shù)慕档?，比?guī)范中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中要求的規(guī)定值略低。當(dāng)高層建筑的抗震設(shè)防烈度分別為7度、8度（0.20g）和8度（0.3g）時(shí)，建筑高度分別不大于100m、80m、60m。而高層建筑的抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)，必須盡可能地減少短肢剪力墻設(shè)計(jì)的數(shù)量，不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

4 必要性與注意事項(xiàng)

4.1 必要性分析

（1）能有效的滿足建筑設(shè)計(jì)的需要。這是因?yàn)槎讨袅δ芡ㄟ^(guò)對(duì)其數(shù)量和強(qiáng)度的調(diào)整，從而更好地滿足實(shí)際需要，加上能隱蔽性的設(shè)置連接支撐柱梁。因而在高層建筑結(jié)構(gòu)中，其整體構(gòu)造能通過(guò)設(shè)置中心剪力墻而確保其剛度和強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，且能提高建筑物自身的使用性能。

（2）能結(jié)合實(shí)際施工情況強(qiáng)化對(duì)其的控制。這主要是因?yàn)閷?shí)際施工中存在的不確定因素較多。而短肢剪力墻則能有效的控制，能結(jié)合實(shí)際施工需要對(duì)其尺寸、數(shù)量和位置等進(jìn)行確定，能結(jié)合施工方案的需要進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，最終確保施工質(zhì)量。

4.2 設(shè)計(jì)中布置墻體注意事項(xiàng)

雖然短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑的運(yùn)用上將其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮的淋漓盡致，但是這種剪力墻結(jié)構(gòu)在抗震性能上相對(duì)來(lái)說(shuō)較弱一些，因此，在之后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)注重加強(qiáng)其抗震性能，減輕其在抗震環(huán)節(jié)上的不足之處，注重概念設(shè)計(jì)方式在這種結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。短肢剪力墻在布置過(guò)程中要布置均勻，盡量避免洞口的錯(cuò)位，形成連梁一起構(gòu)成連續(xù)較多跨數(shù)的抗側(cè)力系統(tǒng)。另外，短肢剪力墻應(yīng)該有與兩個(gè)方向的梁互相進(jìn)行連接。相互連接的梁避免布置在墻肢的非豎向平面內(nèi)，盡量避免有一條直線的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮將結(jié)構(gòu)布置成在兩個(gè)主軸方向均有剪力墻。

5 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 剪力墻洞設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在對(duì)剪力墻洞進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）在設(shè)計(jì)其位置時(shí)，必須根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)剪力墻洞口，一般盡量為排狀、列狀，做到分布規(guī)則，并將墻肢和連梁明確。預(yù)防出現(xiàn)剪力墻墻肢的剛度過(guò)大和間距設(shè)計(jì)過(guò)大的情況出現(xiàn)。

（2）在設(shè)計(jì)時(shí)一般不得設(shè)置錯(cuò)洞剪力墻，如果必須設(shè)置，則需要在洞口周邊將其加強(qiáng)，進(jìn)而確保洞口剪力墻較為規(guī)則。

（3）在洞口設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)利用PKPM模型加強(qiáng)對(duì)其的分析，簡(jiǎn)化不規(guī)則洞口的處理，并做好對(duì)其的計(jì)算和校核。

5.2 抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其抗震設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)，尤其是在抗震薄弱環(huán)節(jié)應(yīng)采取一定的加強(qiáng)措施。

（1）在短肢剪力墻墻肢平面內(nèi)做好連梁布置，在兩個(gè)主軸方向上，將短肢剪力墻連接起來(lái)。另外應(yīng)在兩個(gè)方向設(shè)置翼緣，避免出現(xiàn)一字型短肢剪力墻。

（2）對(duì)短肢剪力墻進(jìn)行均勻地布置，避免墻軸向應(yīng)力差別太大，并確保建筑形心和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中心相同。但是在豎向的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保上下建筑墻肢對(duì)齊，避免出現(xiàn)洞口錯(cuò)位的情況，確保其與梁結(jié)構(gòu)形成抗側(cè)力體系，將短肢剪力墻體系自身的抗震性能提升。

（3）利用強(qiáng)墻柱弱梁體系進(jìn)行短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這是因?yàn)槠渥陨淼目箓?cè)力剛度小，利用核心筒能將其建筑自身的強(qiáng)度增加，從而促進(jìn)其抗震性能的提升。同時(shí)還能提高結(jié)構(gòu)剛度，預(yù)防建筑結(jié)構(gòu)由于地震強(qiáng)烈沖擊而變形。

（4）將軸壓比降低，增加其配筋量以及墻肢的厚度，提升抗震性能。

5.3 加強(qiáng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)掌握以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）筒體與普通剪力墻所承受的地震傾覆力矩應(yīng)超過(guò)50%。

（2）在底部加強(qiáng)部位，以及其他樓層，均需要就短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力設(shè)計(jì)值予以調(diào)整，且短肢剪力墻的截面厚度在200mm以上，避免短肢剪力墻過(guò)早的被剪切破壞。

（3）在一級(jí)抗震等級(jí)時(shí)，為了優(yōu)化短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的延性，短肢剪力墻的重力荷載代表值作用是，其形成的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比應(yīng)在0.45之內(nèi)，二級(jí)抗震等級(jí)時(shí)，這一值應(yīng)在0.50之內(nèi)，三級(jí)抗震等級(jí)時(shí)，這一值應(yīng)在0.55之內(nèi)，若為“一”字型短肢剪力墻，這一值應(yīng)尚應(yīng)相應(yīng)再減小0.1，這是設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格注意的問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們必須堅(jiān)持一定的原則，充分認(rèn)識(shí)到短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性，切實(shí)掌握其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，不斷的提升自身的專業(yè)技術(shù)水平，才能更好地促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)成效的提升和優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ3-2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[3] 郁彥.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[M].中國(guó)鐵道出版社，1998.

[4] 袁義茗.高層建筑短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施[J].河南建材，2016（4）：164～165.

[5] 朱鴻翔.高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究[J].科技與創(chuàng)新，2016（13）：110.