高层建筑短肢剪力墙结构设计探讨

黄勇

摘 要：短肢剪力墙结构是一种特殊的剪力墙结构，是高层建筑中的一种重要结构体系，因此本文主要结合工程实例，对高层建筑短肢剪力墙结构设计进行深入探讨，以此加深人们对短肢剪力墙结构的认识。

关键词：高层建筑；短肢剪力墙；结构设计

近年来，我国城市化进程不断加快，城市人口密度不断增长，因此为了满足的人们生活需求，人们开始大力发展高层建筑，并加大了对建筑空间的研究力度，以此改善建筑功能，使室内布置更加灵活，短肢剪力墙结构是一种新的结构形式，是在原有的剪力墙设计基础上发展而来的，具有结构刚度好、平面布置合理等优点，因此能够在高层建筑中发挥重要作用，值得我国建筑工作者应用与推广。

1工程实例

某高层建筑工程的的总建筑面积约为6500m2，建筑总高度为52.5m，该高层建筑的设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，其混凝土的强度等级为C30-C25，梁、板、墙的钢筋强度等级分别采用HRB400、HPB235、 HRB335，其中当板的直径大于12时，其钢筋强度等级应采用HRB335，该高层建筑采用的为纯剪力墙结构，并将墙肢底部的加强部位的宽度设置为250mm，将墙肢以上部位的宽度设置为200mm，因此结合该工程特点，针对短肢剪力墙结构进行详细分析。

2短肢剪力墙强结构的性能特点

短肢剪力墙强结构的性能特点主要表现在以下几个方面：

（1）目前我国关于短肢剪力墙结构的相关参考文献中，认为在中、高层建筑结构中，5-8之间是联肢墙的单肢高厚比的刚度急剧变化的临界点，这主要是因为当单肢高度比超过5-8之间，短肢剪力墙的刚度和承载力都在呈缓慢上升的趋势，而当其高厚比低于5-8之间，短肢剪力墙度的承载力会迅速下降，由此可以看出将短肢剪力墙度的高厚比控制在5-8之间是最为合理的。

（2）当短肢剪力墙的高厚比小于5时，就会使连梁刚度过大或者過小，从而造成建筑框架变形，影响建筑的抗震性能，另外还会使短肢剪力墙受到弯剪形破坏。

3 短肢剪力墙配筋方式分析

短肢剪力墙高厚比位于柱与一般剪力墙之间，在实际工程中，其配筋方式也由于工程设计者的个人习惯不同而有所差别。一般有两种配筋方式：第一种按柱配筋方式，纵筋基本均匀布置在剪力墙周边；第二种按剪力墙配筋方式，在墙端部设置暗柱，纵筋主要配置在暗柱内。以上两种配筋方式分析如下：

3.1 按柱配筋方式

与柱配筋相同，纵筋基本均匀配置在周边。而剪力墙的特点是平面内刚度大，承载力大，平面外刚度和承载力均相对较小。短肢剪力墙受力性能与一般剪力墙接近，变形后符合平面假定，受力时平面内两端受力大，因此，纵筋配置应集中在端部才能发挥钢筋强度。按照柱配筋方式墙肢中部配筋因距中和轴较近，不能充分发挥其强度。同时参照异形柱配筋特点，异形柱配筋要求配置在端部边缘及折角处，腹部考虑受力翘曲影响，仅配置构造钢筋。由此可见按照柱配筋的方式与短肢剪力墙受力特点不符，配筋不合理。

3.2 按剪力墙配筋方式

短肢剪力墙受力特点与一般剪力墙相似，按照剪力墙配筋方式较符合其受力特点。由于边缘构件中箍筋对砼的约束，使砼有较大的变形能力，避免受压区混凝土过早的压碎破坏，同时也限制了裂缝的发展，从而提高了剪力墙的延性和耗能能力，但是当短肢剪力墙纵向钢筋大部分配置于端部暗柱内时，由于“高规”对短肢剪力墙纵向钢筋的配筋率规定为底部加强部位不宜小于1. 2%，其他部位不宜小于1. 0%，可能使暗柱内配筋率过高，同时又可能出现在变截面处配筋量突变的情况。

3.3 配筋建议

从上述分析中可以看出短肢剪力墙高厚比为5～ 8，受力状态从柱过渡到剪力墙，变化幅度大。工程中剪力墙形状也千变万化，设计中应根据实际情况具体处理。个人认为短肢剪力墙配筋可按照以下原则配置：

（1）纵向钢筋的配置应主要配置在平面内的端部形成暗柱。暗柱范围可以按照一般剪力墙边缘构件的的要求确定。暗柱内的纵向钢筋配筋率可根据短肢剪力墙高厚比的增大而减小，当高厚比接近于一般剪力墙时，其暗柱内纵向钢筋配筋率也应接近于一般剪力墙边缘构件最小配筋率的要求。

（2）当暗柱纵向配筋率较高时，为保证短肢剪力墙“强剪弱弯”的要求，应适当提高暗柱内的最小配箍率特征值，暗柱以外的墙肢内的水平配筋也应按一般剪力墙配筋构造适当加强。

4 短肢剪力墙结构设计建议

相对于短肢剪力墙结构的特点，在进行设计时，需要引起重视的方面如下：

（1）由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防。

（2）短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，所以，应尽量避免将短肢剪力墙布置在结构周边等扭转效应较大的部位，如必须布置时应加强其抗震构造措施，减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率；并且短肢墙应在两个方向上均有连接，避免形成孤立的“一”字形墙肢。

（3）短肢剪力墙应尽量设计成联肢墙，通过各种研究试验分析，短肢剪力墙可以很好的形成联肢墙，可以提供足够的刚度。独立短肢剪力墙的刚度很低，对结构整体刚度贡献很小。

（4）高层结构中的连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对较小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不宜在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，宜按普通框架梁要求，控制混凝土压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%～ 80%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。

（5）“高规”第7. 2. 1条中有规定短肢剪力墙全截面纵向钢筋最小配筋率的要求，而与抗震等级无关。对短肢剪力墙最小配箍率特征值也没有比一般剪力墙提高规定，实际工程设计时应根据具体情况进行调整处理。

（6）“高规”第7. 2. 1条中的8条措施明确指出根据短肢剪力墙数量少，抗震等级低，所处部位不在角部，轴压比小，墙肢高厚比大等情况，应根据具体工程实际情况理解和应用规范，做到安全、经济、合理。

总结：

综上所述，短肢剪力墙结构能够满足建筑结构的需求，促进高层建筑的发展，但是短肢剪力墙结构还存在许多缺点，因此在结构设计中，应充分发挥短肢剪力墙节结构的优势，尽量避免短肢剪力墙缺点，同时应采取合理有效的措施，不断优化短肢剪力墙的优化设计，从而保证高层建筑质量，实现高层建筑建设的经济、合理，笔者认为短肢剪力墙结构的发展前景比较广阔，因此应加大对短肢剪力墙结构的推广和应用，以此促进我国高层建筑的持续发展。

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