高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

摘要：短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是比較特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)，其具有造價(jià)低、抗震強(qiáng)、空間廣等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足建筑物的觀賞性要求，因而在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。文章分析了高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，闡述了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，提出了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，并探討了高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)；建筑物 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU318 文章編號(hào)：1009-2374（2016）32-0113-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.056

近年來，隨著人們生活水平的提升，對(duì)住宅條件有了越來越高的要求，以往傳統(tǒng)的普通框架結(jié)構(gòu)因影響到住宅美觀而越來越不被人們所接受，尤其是傳統(tǒng)的普通剪力墻結(jié)構(gòu)因嚴(yán)格限定與分隔房屋空間，難以滿足人們對(duì)住宅空間的要求，因此產(chǎn)生了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)這一種新的結(jié)構(gòu)型式。這一結(jié)構(gòu)型式克服了傳統(tǒng)普通剪力結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)存在的不足，并能降低基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的造價(jià)，因此得到建筑商、住戶的廣泛喜愛，近年來在高層建筑結(jié)構(gòu)中逐漸被推廣使用。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的

優(yōu)點(diǎn)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)即肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)，其主要通過連續(xù)梁使一些獨(dú)立的鋼筋混凝土墻段接連，但短肢剪力墻界面厚度要求不超過300mm，同時(shí)其高度應(yīng)是厚度的4～8倍，長跨比為4～8，短肢墻總地震傾覆力矩大于30%，但不得超過50%。在高層建筑結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

1.1 可根據(jù)施工情況進(jìn)行控制

在高層建筑施工過程中往往存在著較多的不定性因素，但短肢剪力墻易于控制，制定短肢剪墻的尺寸、位置及數(shù)量可根據(jù)施工的實(shí)際情況來定。因短肢剪力墻可根據(jù)施工方案的變化進(jìn)行調(diào)整，不會(huì)對(duì)建筑工程施工造成任何影響，從而能夠保障施工的質(zhì)量。

1.2 可滿足不同的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

短肢剪力墻可通過控制其自身數(shù)量和調(diào)整自身強(qiáng)度滿足施工要求，同時(shí)短肢剪力墻也可隱蔽設(shè)連接的支撐柱梁。針對(duì)一些高層建筑結(jié)構(gòu)，在創(chuàng)建整體的構(gòu)造體系時(shí)可采取中心剪力墻，從而確保整個(gè)建筑物的強(qiáng)度與剛度值都符合國家規(guī)定的相關(guān)要求。若高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)設(shè)置較多變，為滿足建筑物的使用性能可建設(shè)間隔墻。因短肢剪力墻應(yīng)用較廣泛，可根據(jù)不同的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性滿足不同情況下的需求，有利于簡化高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

（1）短肢剪力墻布置應(yīng)盡可能均勻，以確保建筑物的剛度和質(zhì)心一致，可防止高層建筑在發(fā)生地震時(shí)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)；（2）在結(jié)構(gòu)布置上具有較大的可調(diào)整性、靈活性，且具有較多的可選擇方案，樓蓋的支承易處理；（3）通常在房間間隔墻的交接處布置短肢剪力墻，布置豎向構(gòu)件不會(huì)與建筑使用功能相矛盾，其主要利用的是間隔墻位置。墻肢的數(shù)量不可過多或過少，一般根據(jù)具體的抗側(cè)力決定，避免結(jié)構(gòu)過柔或過剛；（4）墻肢不宜過厚，以防止墻肢凸出各間隔墻表面，同時(shí)為滿足高層建筑剛度和強(qiáng)度的要求，應(yīng)利用中心剪力墻形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件；（5）當(dāng)建筑物造型不規(guī)則或水平荷載較大時(shí)，應(yīng)將短肢剪力墻布置在平面各邊緣處及各角點(diǎn)以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和滿足結(jié)構(gòu)平面剛度的要求。

3 高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

3.1 不適合所有高層建筑結(jié)構(gòu)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系并不適合所有的高層建筑結(jié)構(gòu)，若設(shè)計(jì)的短肢剪力墻比較多，則需要設(shè)置一個(gè)一般剪力墻，其可以與短肢剪力墻有共同抵抗水平的剪力墻結(jié)構(gòu)。如果建筑設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)中的短肢剪力墻比較短時(shí)，剪力墻的適用高度應(yīng)達(dá)到規(guī)范中剪力墻結(jié)構(gòu)規(guī)定值略低即可，若建筑設(shè)計(jì)為抗震7級(jí)則其高度應(yīng)在100m以內(nèi)，抗震設(shè)計(jì)為8度時(shí)應(yīng)低于60m。此外，對(duì)于設(shè)計(jì)抗震標(biāo)準(zhǔn)9級(jí)的A級(jí)、B級(jí)高層建筑，應(yīng)最大程度減少短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 剪力墻洞的布置

在剪力墻洞口設(shè)計(jì)時(shí)，筆者認(rèn)為應(yīng)注意以下三點(diǎn)：（1）剪力墻洞口設(shè)計(jì)的位置應(yīng)嚴(yán)格參照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，洞口設(shè)計(jì)呈排或者成列狀，這樣確保應(yīng)力有規(guī)則分布，且確保墻肢、連梁明確，從而避免剪力墻的墻肢剛度與洞口設(shè)計(jì)相距過大；（2）若在設(shè)計(jì)時(shí)需要布置一個(gè)疊合錯(cuò)洞墻、錯(cuò)洞剪力墻，其洞口疊合或錯(cuò)開距離小，導(dǎo)致出現(xiàn)不規(guī)則墻肢，且應(yīng)力及構(gòu)造分布較復(fù)雜，洞口之間易存在薄弱部位，因此應(yīng)避免在洞口設(shè)置剪力墻。若為工程需要，則應(yīng)用輕質(zhì)材料將疊合洞口填補(bǔ)或?qū)Χ纯谥苓叢扇〖訌?qiáng)措施，這樣可以讓洞口剪力墻相對(duì)比較規(guī)則；（3）在設(shè)計(jì)洞口時(shí)，筆者建議采取準(zhǔn)確的分析方法并運(yùn)用多種模型，以此對(duì)大量不規(guī)則洞口進(jìn)行簡化處理，必要是可進(jìn)行校核或者重新分析計(jì)算。

3.3 加強(qiáng)抗震薄弱環(huán)節(jié)

在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)加強(qiáng)抗震薄弱環(huán)節(jié)。具體措施如下：（1）盡可能在墻肢的豎向平面內(nèi)布置連梁，且每道短肢剪力墻宜與兩個(gè)方向的梁連接。在兩個(gè)方向上應(yīng)有短肢剪力墻連接，且將翼緣也設(shè)置在另一方向上，盡可能避免出現(xiàn)“一字形”短肢剪力墻；（2）均勻布置短肢剪力墻，均勻分布各墻肢，墻的軸向應(yīng)力不能有太大的差別，并讓建筑的形心與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中心能夠保持一致。在設(shè)計(jì)豎向短肢剪力墻時(shí)為了預(yù)防孔口出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，應(yīng)上下對(duì)齊建筑的墻肢，這樣可以與連梁結(jié)構(gòu)形成一個(gè)抗側(cè)力體系，從而提升短肢剪力墻的抗震性能；（3）可采用強(qiáng)墻柱弱連梁體系設(shè)計(jì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)；（4）由于短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度相對(duì)來說比較較小，此時(shí)可借助電梯或者樓體等核心筒或者增加自身長度，以此來達(dá)到良好的抗震效果，進(jìn)一步增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的剛性，防止建筑結(jié)構(gòu)因地震受到強(qiáng)烈的沖擊而出現(xiàn)變形；（5）底部外圍小墻肢在水平力的作用下會(huì)承受較大的扭轉(zhuǎn)剪力和豎向荷載，造成墻肢開裂，對(duì)此可以通過減小軸壓比，加大配筋量和外周邊墻肢厚度等措施，使高層建筑抗震性能提高。

4 高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施

針對(duì)短肢剪力墻設(shè)計(jì)中的薄弱部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施，具體如下：（1）在抗震設(shè)計(jì)過程中，與建筑結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩相比，筒體和剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩應(yīng)至少大于一半以上；（2）底部加強(qiáng)部位及其他各層都應(yīng)對(duì)短肢剪力墻的剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行調(diào)整，無論是非抗震還是抗震設(shè)計(jì)，要求短肢剪力墻截面最小厚度應(yīng)不低于200mm，以防止短肢剪力墻過早剪壞；（3）為使短肢剪力墻的延性得到改善，抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)，在重力荷載代表值作用下各層短肢剪力墻產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓不超過0.5?？拐鸬燃?jí)為二級(jí)時(shí)，各層短肢剪力墻產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓不超過0.6?？拐鸬燃?jí)為三級(jí)時(shí)，各層短肢剪力墻產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓不超過0.7。針對(duì)一字形短肢剪力墻，特別是端柱或無翼緣，因延性較差，應(yīng)將軸壓比限值降低0.1；（4）剪力墻的加強(qiáng)部位確定后，加強(qiáng)部位不宜選擇樓電梯間墻、剪力墻頂層，而應(yīng)該選擇在整個(gè)建筑抗震結(jié)構(gòu)中的塑性鉸位置。為了能夠進(jìn)一步增加剪力墻的延性且提升抗剪切破壞能力，筆者認(rèn)為應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)塑性鉸部位；（5）必要時(shí)可進(jìn)一步擴(kuò)大剪力墻的加強(qiáng)部位范圍，一般情況下剪力墻的高度應(yīng)在150m以上，加強(qiáng)部位高度以達(dá)到墻肢總高度的1/10左右為宜，合理控制剪力墻加強(qiáng)區(qū)域高度。除此之外，設(shè)計(jì)短肢剪力墻時(shí)應(yīng)重視墻體的肢長、構(gòu)造、比例和加強(qiáng)位置，按照相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)才能使其抗震性能得到切實(shí)提高。

5 結(jié)語

總之，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻作為一種新型建筑結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)受到建筑設(shè)計(jì)者的高度重視，且具有較好的應(yīng)用前景。雖然短肢剪力墻結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在諸多缺點(diǎn)，因此在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)（尤其是短肢剪力墻設(shè)計(jì)），應(yīng)注意短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的合理性。最大限度降低短肢剪力墻的弱點(diǎn)并采取必要的加強(qiáng)措施，促使其優(yōu)勢(shì)能夠最大程度實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而為業(yè)主提供一個(gè)更安全的住宅環(huán)境。

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作者簡介：周三程（1983-），男，廣西桂林人，供職于華藍(lán)設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：小 燕）