短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的特點(diǎn)和應(yīng)用探析

劉建嶺

摘要：近年來，隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷豐富和提升，人們對住宅平面與空間的要求提高到前所未有的高度。傳統(tǒng)的普通剪力墻結(jié)構(gòu)對于建筑結(jié)構(gòu)的分隔不能滿足人們對現(xiàn)代化住宅的空間需求?；诖耍讨袅Y(jié)構(gòu)隨之出現(xiàn)，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。

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

1高層建筑中短肢剪力墻的基本特點(diǎn)

盡管有所創(chuàng)新，但從結(jié)構(gòu)劃分的角度看，短肢剪力墻仍然是剪力墻體系中的一種，其吸收了原有剪力墻框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。短肢剪力墻的厚度范圍主要在180mm到250mm之間；肢長范圍主要在800mm到2000mm之內(nèi)。短肢剪力墻主要結(jié)構(gòu)有T形、L形、Z型等，在建筑結(jié)構(gòu)中其主要出現(xiàn)在外墻和內(nèi)墻相連接處和在建筑結(jié)構(gòu)墻體轉(zhuǎn)角處較多。在高層建筑中，其結(jié)構(gòu)受力需要考慮諸多因素，使得在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到各個(gè)方面的情況。在設(shè)置短肢剪力墻時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際施工情況具體應(yīng)對。

通過以上對短肢剪力墻的基本性質(zhì)和設(shè)計(jì)要求，其主要的特點(diǎn)有幾下幾個(gè)方面：（1）隔墻位置設(shè)置豎向構(gòu)件。這主要結(jié)合高層建筑的平面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且在與建筑所發(fā)揮的功能不重合的前提下，可以在隔墻位置設(shè)置豎向構(gòu)件。（2）短肢剪力墻的數(shù)量和肢的長短。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力要求，需要設(shè)置短肢剪力墻所需要的數(shù)量以及肢的長短。（3）滿足結(jié)構(gòu)的需要。在高層建筑中，將中心豎向的交通區(qū)域做成筒體，可以滿足整體結(jié)構(gòu)平面的需要，也可以滿足建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的設(shè)計(jì)要求。（4）具有較強(qiáng)的靈活性。短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)布置上具有較強(qiáng)的靈活性，使得在進(jìn)行樓蓋支撐時(shí)，減少了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜度，保證工期按時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成。（5）轉(zhuǎn)換層容易程度。在進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)時(shí)，如果出現(xiàn)要求下部樓層為大空間結(jié)構(gòu)時(shí)，與普通的剪力墻相比，短肢剪力墻更容易利用轉(zhuǎn)換層來連接上下結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。（6）使高層建筑物重量減輕。與傳統(tǒng)的剪力墻相比，短肢剪力墻使高層建筑物整體重量得到大大地減輕，這樣使在進(jìn)行施工時(shí)，可以較少施工周期和更利于施工，還可以較少工程成本。

2短肢剪力墻的受力特點(diǎn)及計(jì)算方法

短肢剪力墻在高層建筑當(dāng)中，可以看成是一種懸臂結(jié)構(gòu)，其受力分布主要與其幾何尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，其開洞的大小、形狀、位置等有直接關(guān)系，最主要的影響因素是其開洞大小。通常上用ρ來表示孔洞的大小情況，ρ在建筑工程中定義為墻面洞口面積除以墻面不計(jì)洞口的總面積。對于不同的開孔孔洞，其ρ大小不同，主要的孔洞結(jié)構(gòu)有：（1）整截面墻。對于整截面墻老說，墻體開洞太?。é雪?5%），于此同時(shí)，洞口之間的距離與孔洞最外邊的長度要大時(shí)，其截面結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)滿足材料力學(xué)的計(jì)算方法，可以使用平面假定的基本原則，變形具有彎曲性。（2）整體小開口墻。當(dāng)洞口較大時(shí)（ρ介于15%到30%之間），采用平面假定計(jì)算得到的應(yīng)力和變形時(shí)，需要對得到的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行修正，最終使得變形為彎曲形。（3）聯(lián)肢剪力墻。當(dāng)洞口面積過大時(shí)（ρ介于30%到50%之間），利用平面假定時(shí)，得到的結(jié)果與實(shí)際情況偏差太多，這時(shí)平面假定就不適用了，這就必須用墻肢的微分方程，才能得到滿足實(shí)際情況的結(jié)果，結(jié)構(gòu)的變形從彎曲型變成剪切型。（4）壁式框架。當(dāng)洞口尺寸很大時(shí)（ρ﹥50%），可以按照連肢剪力墻進(jìn)行計(jì)算，但是其受力的基本情況已經(jīng)更近似于框架結(jié)構(gòu)了。

短肢剪力墻的受力計(jì)算方法主要有以下幾個(gè)方面：（1）平面假定。短肢剪力墻在空間結(jié)構(gòu)時(shí)，其受力狀態(tài)屬于空間體系。為了計(jì)算短肢剪力墻在承受側(cè)向力產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，在不影響其計(jì)算誤差的前提下，可以對短肢剪力墻進(jìn)行合適的假設(shè)，其假設(shè)主要有樓板平面內(nèi)的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于平面之外，并且平面外剛度可以忽略不計(jì)，以及各短肢剪力墻也是平面內(nèi)絕對剛性。（2）平面協(xié)同剛度分析。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，對不同的截面形狀要進(jìn)行分析計(jì)算，存在整截面墻、聯(lián)肢墻等時(shí)，需要按照具體情況進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，得到符合實(shí)際情況的結(jié)果。

3短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在高層建筑中，結(jié)構(gòu)的抗震性非常重要，影響著居住著的人生安全。短肢剪力墻在抗震等級(jí)的要求下，有如下的一些規(guī)定：

（1）墻厚規(guī)定。根據(jù)不同的抗震等級(jí)，其結(jié)構(gòu)厚度不一樣。當(dāng)抗震等級(jí)為一級(jí)和二級(jí)時(shí)，短肢剪力墻的底部加強(qiáng)部位厚度有相應(yīng)地規(guī)定，必須大于200mm。對于一字型單獨(dú)設(shè)置的短肢剪力墻，其底部的厚度必須大于220mm；對于抗震等級(jí)為三級(jí)和四級(jí)時(shí)，則短肢剪力墻截面厚度必須大于180mm；在對于沒有抗震等級(jí)設(shè)定時(shí)，墻體的截面厚度也必須大于160mm。

（2）短肢剪力墻在抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)，其軸壓比必須小于等于0.45；抗震等級(jí)為二級(jí)時(shí)，其軸壓比必須小于等于0.50；而對于一字型結(jié)構(gòu)的短肢剪力墻，其軸壓比更為嚴(yán)格，在前述相應(yīng)地基礎(chǔ)上減去0.1，這樣才能保證結(jié)構(gòu)的完整性，能抵抗一定的變形。

（3）對短肢剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分地考慮到其結(jié)構(gòu)幾何特點(diǎn)，對其薄弱地方的剪力要進(jìn)行安全系數(shù)的提高進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能保證整體結(jié)構(gòu)的完整性，保證整體結(jié)構(gòu)的剛度。如果抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為一，剪力設(shè)計(jì)值需要乘以系數(shù)1.4；如果抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為二，剪力設(shè)計(jì)值需要乘以系數(shù)1.2；如果抗震等級(jí)為三，剪力設(shè)計(jì)值需要乘以系數(shù)1.1。

（4）短肢剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，在進(jìn)行鋼筋用量設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮短肢剪力墻底部作為薄弱部分，要盡量使鋼筋的分布更加合理。抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于1.2%；抗震等級(jí)為三、四級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于1.0%；對于短肢剪力墻的其他部位，抗震等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于1.0%；抗震等級(jí)為三、四級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于0.8%。

4高層建筑中短肢剪力墻配筋方式

在高層建筑中，短肢剪力墻必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理地配筋，在建筑結(jié)構(gòu)的底部必須進(jìn)行部位加強(qiáng)，短肢剪力墻的縱向配筋率必須大于等于1.2%，其他部位應(yīng)大于等于1.0%。如果短肢剪力墻的數(shù)量并不多，軸壓比小，墻肢高厚比大，抗震等級(jí)低，所在位置也不在角部等情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)?？拐鸬燃?jí)要求高的，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行要求，抗震等級(jí)較低，則可以從寬處理。剪力墻高厚比為3～4的墻肢，因?yàn)閴χ目箓?cè)剛度小，會(huì)比較容易形成剪跨比比2小的“短柱”或剪跨比更小的“超短柱”，造成剪切破壞，因其相對比較差的抗震性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡可能避免采用。假如很難避免，就以短肢剪力墻的措施為參照進(jìn)行設(shè)計(jì)。剪力墻筒體中對高厚比為4～8的墻肢，或者剛度比較大的，也不需要遵循短肢剪力墻的鋼筋設(shè)置方法進(jìn)行配筋，可以根據(jù)一般的剪力墻進(jìn)行配筋上的適當(dāng)調(diào)整。

5結(jié)束語

總之，在高層建筑中，有效地利用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可以使建筑結(jié)構(gòu)在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，給設(shè)計(jì)師提供了更加廣闊的設(shè)計(jì)空間，于此同時(shí)節(jié)約了實(shí)際成本，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作效率，其建筑的結(jié)構(gòu)也更能符合國家在對建筑材料環(huán)保方面的要求，增強(qiáng)建筑的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。，有助于推動(dòng)城市的經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)快速發(fā)展。

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（作者單位：沈陽市飛翔裝飾有限公司）