高层建筑短肢剪力墙结构应用方案研究

2015-07-13靳大勇

中国新技术新产品 2015年10期

关键词：高层抗震存在问题

靳大勇

（江苏华晟建筑设计有限公司，江苏徐州 221003）

高层建筑短肢剪力墙结构应用方案研究

靳大勇

（江苏华晟建筑设计有限公司，江苏徐州 221003）

摘要：为了满足现阶段高层建筑的使用功能要求和房屋建造的经济性，很有必要对短肢剪力墙结构进行优化设计，通过室内墙柱布置情况等分析，最大限度的增大房间使用面积，实现了建筑物功能的优化，从而使室内的布置更具灵活性，这就需要引起相关建筑师结构设计的反复协商，确定短肢剪力墙的结构方案，并通过抗震性能的计算分析，保证结构在地震区的安全性，并满足经济性要求，解决建筑中的诸多问题。

关键词：高层；总结应用；短肢剪力墙；抗震；存在问题

一、关于短肢剪力墙结构的分析

1 所谓短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比介于4～8之间的剪力墙，与普通剪力墙相比，在短肢剪力墙的截面高度要小很多，因而，在满足建筑使用功能上更具灵活性。短肢剪力墙的设计过程中，需要进行建筑平面、间隔墙位置等因素的分析，确定竖向构件的布置，尽可能的减少剪力墙数量，这里需要通过结构整体抗侧力的计算分析，调整剪力墙的尺寸及其布置，一般结构刚度中心与质量中心偏差不宜过大，以满足规范对结构整体扭转刚度的要求。当房屋较长时，可在房屋的端头布置适当普通剪力墙，以满足计算指标要求保证结构抗震安全。在满足计算的要求基础上，减少剪力墙布置，增加轻质填充墙的应用，以节约成本并控制了房屋总重量，同时也为基础设计提供方便。

在实践建筑应用中，短肢剪力墙没有一种明确的结构类型，可以认为是剪力墙结构的一种形式。在高层建筑结构布置中，规范对短肢剪力墙的数量有所控制，要求结构布置中要有相当数量的普通剪力墙，与短肢剪力墙协同工作应用。

相对于普通剪力墙，短肢剪力墙的抗震性能较差，目前的应用经验不多。为安全起见，限制高层结构中短肢剪力墙的布置。从短肢剪力墙数量入手计算分析，优化短肢剪力墙结构的抗震性能，首先分析短肢剪力墙数量上限，研究结构的总地震倾覆力矩中短肢剪力墙所承担的比例。通过计算分析，短肢剪力墙的竖向荷载承受面积是比较大的，达到了楼层面积的40%以上。短肢剪力墙结构中仍然需要在电梯井等位置布置剪力墙筒体，以满足使用需要。但在确定其是否为短肢剪力墙时，L形、T形等形式的剪力墙两肢都为短肢剪力墙时才称之为短肢剪力墙，只要其中一肢为普通剪力墙时都不能判定为短肢剪力墙。通过短肢剪力墙的数量上限的限制，在短肢剪力墙结构的计算中改善了短肢剪力墙的抗震性能。

目前，小高层式住宅中短肢抗震墙结构体系的应用较为广泛，应用中能够满足造价经济、布局灵活的指标要求。这就要求尽可能的保证抗侧力构件的合理布置，保证其结构体系的安全。在地震区的高层建筑中，通过短肢剪力墙剪力墙的数量控制，布置适量的剪力墙筒体，满足剪力墙工作结构的抗震安全需要。

2 竖向构件的承载能力包括水平和竖向承载能力，通过对短肢剪力墙承载能力的分析表明，短肢剪力墙的竖向承载能力较强，但其短肢墙离强的抗侧刚度较低。地震灾害研究表明水平地震作用下，墙肢处于压、弯、剪等多种复杂受力形态，也就容易出现脆性剪切破坏，不利于其延性的控制。源于对短肢剪力墙的脆性破坏的控制，规范对短肢剪力墙的轴压比限制比普通剪力墙要更为严格，防止短肢剪力墙承受的楼面面积范围过大、房屋高度太大引起楼板坍塌的危险。为了满足实际应用的要求，对高层建筑短肢剪力墙结构抗震设计是必要的，这就要求内部各结构构件的协调工作，分析剪力墙的受力结构体系工作机理。

短肢剪力墙结构的抗震设计，就要通过倾覆力矩的分析，调整结构布置。实现结构抗地震倾覆力矩的协调工作，从而保证短肢剪力墙结构能够承受平面内两个方向的地震作用力，这就需要综合考虑X、Y两个方向结构布置的优化，进行有翼缘墙及其无翼缘墙的延性系数研究，更好的进行其与水平地震力作用的分析。

规范条文对短肢剪力墙在不同抗震等级下的竖向纵筋配筋率有明确规定，同时为了提高墙肢底部加强区的强度，增大了短肢剪力墙的剪力设计值，目的在于改善短肢剪力墙延性，满足抗震设计的应用需要。

二、短肢剪力墙设计方案的优化

优化短肢剪力墙结构设计，保证其建筑平面的外缘角度的布置。如果结构扭转效应过大，会导致其翘曲变形的加剧，导致墙肢的开裂，从而不利于结构的抗震。由于建筑平面的外边缘影响，短肢剪力墙的底部倾覆力矩会发生变化，抗侧力结构构件采用剪力墙筒体时，要进行刚度的均衡性的研究，使建筑物的刚度分布均匀，避免其较大的扭转效应，剪力墙筒体本身具备了较大的刚度，可以改变整体结构平面的刚度中心位置，短肢剪力墙的倾覆力矩的控制，提升结构底部总地震倾覆力矩，实现总体抗震性能的提高。

具体来说短肢剪力墙总的布置原则宜遵循：

1 对于不规则建筑平面，在转角处设置剪力墙，以满足整体结构的抗扭转刚度。

2 布置剪力墙时宜尽量拉直、对齐，墙肢长度方向的距离在2m左右的都可以通过连梁使其连成一片墙。

3 电梯井处可采用剪力墙筒体，增加整体侧向刚度的同时方便了其他结构构件布置，楼梯间两侧墙也尽量采用剪力墙以起到地震时保护作用。

4 通过计算发现结构刚度不够时，在满足建筑开窗净空要求的基础上，可加大结构外圈周围的梁高，这种措施在电算中有时非常有效。

5 房屋纵向长度较长时，可在四角处设较长剪力墙，已形成“围圈”保证整体扭转刚度。

总之，在进行短肢剪力墙结构合理化布置中要有全局意识，保证各抗侧力构件和其他构件协同工作。确保结构整体有清晰的传力路径。当然，这些工作的前提是要有合理的力学计算模型，借助可靠的电算软件如有限元等，进一步优化结构布置、提供合理的构件配筋数据。在实际工程应用中实现结构的可靠安全设计和经济效益的双赢。

结语

随着人们生活条件的日益提高，人们对高层住宅的使用功能要求越来越高。结构设计要求。

大开间、平面及房间布置灵活、方便，能够为业主后期改造提供空间。而短肢剪力墙结构能够在很大程度上满足这样的要求。因此，短肢剪力墙结构在高层住宅中的应用有着广阔的发展前景。

参考文献

[1]王岚兰，李志国，高祎.短肢剪力墙结构设计[J].吉林建筑工程学院学报，2005 （02）.