高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系

刘金浩 李冬璇

摘要：随着现代高层住宅建筑要求大开间、平面及房间布置灵活、方便等特点，短肢剪力墙结构体系在高层住宅中的应用有着广阔的发展前景。在进行短肢剪力墙结构设计时，应注意正确判定短肢剪力墙和短肢剪力墙结构，以把握好结构的受力性能；结合短肢剪力墙结构的特点，进行墙的合理布设；针对该种结构体系的抗震薄弱环节，对薄弱部位强化设计和强化抗震构造措施，从而做出安全、经济、合理的结构设计。本文介绍了短肢剪力墙的定义、界定方法以及短肢剪力墙结构的必要条件，结合工程实例探讨了短肢剪力墙结构体系的优点。

关键词：高层住宅建筑短肢剪力墙结构体系

中图分类号：TU398+.2 文献标识码： A 文章编号：

普通框架结构由于梁、柱截面较大, 柱、梁突出墙面影响住宅的平面使用功能。普通剪力墙结构对建筑空间的限定严格无法满足人们对住宅空间的要求。以剪力墙为基础,并吸取框架的优点,逐步发展而形成了一种能较好适应小高层住宅建筑的结构体系,即所谓“短肢剪力墙- 筒体(或短肢剪力墙－普通剪力墙) ”结构体系。“短肢剪力墙”结构仍属于剪力墙结构体系,只不过是采用较短的剪力墙肢(短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5~8 的剪力墙),而且通常采用T形、L 形、]形、+ 形等。当这些墙肢截面高度与墙厚之比小于等于3 时,它已接近于柱的形式,但并非是方柱,因此称之为“异形柱”。故从广义角度讲,宜将这种结构体系称之为“短肢剪力墙- 筒体( 或短肢剪力墙－普通剪力墙结构体系) ”。“筒体”就是以楼、电梯间所组成的钢筋混凝土核心筒;“普通剪力墙”或者称“一般剪力墙”就是指墙肢截面高度与墙厚之比大于8 的剪力墙。

结合建筑平面、利用间隔墙位置来布置竖向构件,剪力墙的数量可多可少,剪力墙肢可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置;由于减少了剪力墙数量,而代之以轻质填充墙,不仅房屋总重量可以减轻,同时也可适当降低结构刚度,使地震作用减小,这不仅对基础设计有利,而且对结构抗震较为有利,同时也可降低工程造价, 还可加快施工进度。

一、“短肢剪力墙”结构体系的概述

1、短肢剪力墙的定义。a《. 高层建筑混凝土结构技术规程》规定短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8 的剪力墙，但《混凝土结构设计规范》规定当构件截面的长边(长度)大于其短边(厚度)的4 倍时，宜按墙的要求进行设计，即高厚比为4～5 时，也按短肢剪力墙设计；b.高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构；c.短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。

2、短肢剪力墙的界定方法。规程相关规定：《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2 条规定了高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构，并且应符合一系列规定。第7.1.3 条规定了B级高度高层建筑和9 度抗震设计的A级高度高层建筑，不应采用第7.1.2 条规定的具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。

3、短肢剪力墙结构的必要条件：抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。

二、短肢剪力墙结构体系设计

短肢剪力墙结构常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。这种结构型式的特点是：

1、结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾。

2、墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置。

3、能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单。

4、连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽。

5、根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求。

对20层左右的高层住宅，国内采用比较多的是框架一剪力墙体系或全剪力墙体系。根据平面布置的特点，通常利用中部的竖向交通区设置较多的剪力墙，组成一个较完整或基本完整的筒体，而外围部分则要视建筑的平面布局而定，可以布置为框架或剪力墙，形成框架－剪力墙体系或全剪力墙体系。

框架－剪力墙体系虽有可使建筑布置灵活、受力明确、计算简单等优点，但由于房间布置一般都不规整，柱网难以布置，而且因框架柱子断面较大，不论如何布置柱网，都会存在柱截面大于隔墙厚度而造成房间内柱子外露，影响美观和家具布置，在平面复杂多变的情况下，结构布置难趋合理，结构计算分析困难。全剪力墙体系抗震潜力大，结构延性好，作为分隔墙能与建筑平面较好地配合，而且房间内没有梁柱外露，能满足住宅的使用要求，可以避免上述框架－剪力墙结构的缺点。但从另外的角度看，根据经验，按传统的剪力墙布置方法用于高层住宅，即使是25层左右的建筑，剪力墙的配筋仍然是构造配筋，即全剪力墙结构体系的功能水平很高，用在此类建筑中存在一定程度的浪费。

为了发挥各种结构体系的优点，使结构既有足够的抗侧能力，又能减轻结构自重，减少结构费用，可以采用一种新的结构形式——短肢剪力墙结构，简称短肢墙。

短肢剪力墙属于剪力墙结构体系，只不过采用的墙肢较短（通常认为肢长为2m左右或以下），而且通常采用T形、L形、［形甚至是十字形，当然也可以采用部分“一”形。由于排列不够整齐、规律，肢长又比较短，所以与普通剪力墙结构体系不同。当肢长相当短（肢长小于4倍墙厚）时，它已接近于柱的形式，但并非方形或矩形，因此也称之为异型柱。目前短肢墙和异型柱之间没有统一明确的界限和定义，但是无论名称如何，它是由框架柱和剪力墙演变而来，并兼具两者的优点，这一点是肯定的。

三、实例分析

某23层住宅采用纯剪刀墙结构和短肢墙结构的方案对比计算：

1、方案1：剪力墙方案，按照传统做法，外墙除预留门、窗洞口外，以剪力墙为主，为满足建筑空间要求，内墙根据需要设置了部分剪力墙，墙厚一律200mm。

2、方案2：短肢墙方案，核心区剪力墙厚200mm，短肢墙12层以下250mm，12层以上200mm，混凝土7层以下C25，以上C20，墙肢按构造要求设置暗柱。

短肢墙方案由于剪力墙数量减少，建筑物的设计荷载减少25071kN，降低了11.3％，而剪力墙方案则由于墙肢较多，侧向刚度大，自振周期短以及结构自重大等原因导致地震作用加大，其底部剪力系数分别比短肢墙方案大48％（横向）和39％（纵向），底部剪力分别增加64％（横向）和55％（纵向）。显然，短肢墙方案对结构以及基础都是十分有利的。

通过上表还可看出，短股墙方案的风荷载位移和地震作用下位移均远远小于规范限值，说明仍有较大的安全储备和足够的抗侧移能力，其功能水平超过了规范的功能要求。

由于墙肢数量减少，上部结构节约混凝土用量919m3，按当时价格水平节约造价46万元，同时由于自重减轻使得基础工程中节约34根桩，造价50多万元，两项合计共节约造价100多万元。由于墙肢数量的减少，使每一层的结构面积减少约13.2m3，若其中一半折算成为使用面积，则23层共可以增加使用面积150m2。

短肢剪力墙体系顺应了建筑功能的多样化和城市发展的需要, 有着较大的市场需求,在设计中,设计人员应熟悉两种体系的结构性能、计算理论、计算方法, 正确使用软件,才能设计出合理的结构,保证建筑物的安全质量问题。

参考文献：

[1] 王博彦.建筑工程中短肢剪力墙结构设计的探究[J]. 中国城市经济. 2011(01)

[2] 吴志伟.钢筋混凝土短肢剪力墙结构设计研究[J]. 科技资讯. 2011(02)

[3] 刘加良.浅议高层建筑短肢剪力墙结构设计[J]. 科学之友. 2011(02)

[4] 许建仁.建筑工程施工中短肢剪力墙结构设计研究[J]. 科技资讯. 2011(04)

[5] 刘春生,孙洪斌.浅谈小高层住宅中短肢剪力墙结构的设计与应用[J]. 中国新技术新产品. 2011(05)

[6] 刘占宗.浅谈异形柱与短肢剪力墙结构设计[J]. 住宅产业. 2011(05)

[7] 涂木兰.异形柱结构与短肢剪力墙结构受力分析与设计探讨[J]. 江苏建筑. 2011(02)

[8] 周华.短肢剪力墙结构的特点与设计要点研究[J]. 商品与质量. 2011(S4)