高层房屋短肢剪力墙结构的设计分析

罗　西（四川中恒工程设计研究院有限公司湖南分公司，湖南长沙410000）

高层房屋短肢剪力墙结构的设计分析

罗西（四川中恒工程设计研究院有限公司湖南分公司，湖南长沙410000）

在高层房屋建设中应用短肢剪力墙结构能解决传统框架结构对空间要求严格、露梁等问题，并且可以降低结构自重，实现住宅空间的灵活分割。基于此，本文主要对短肢剪力墙结构的基本概述以及短肢剪力墙在高层房屋结构中的重要性进行了简要的分析，并就简单的工程案例分析了高层房屋短肢剪力墙结构设计具体应用，以供相关人员参考。

高层房屋；短肢剪力墙；设计分析

1　引言

社会经济的不断发展，传统的建筑形式已经难以与人们的生活和工作的需求相满足，而高层房屋建筑业就成为了建筑行业发展的一个必然趋势，将短肢剪力墙结构设计应用到高层房屋中来能够有效确保建筑结构的稳定性，提高施工质量，因此加强对其研究分析有着十分重要的意义。

2　短肢剪力墙在高层短肢剪力结构中的重要性

2.1灵活性

短肢剪力墙具有较强的灵活性，可以根据实际的建筑平面情况来对短肢剪力墙进行空间布置，通过对其数量、长度、位置等方面的调整来最大限度地满足建筑物的设计要求。

2.2可协调性

短肢剪力墙具有较强的协调性，可以与建筑物的结构进行协调，对墙肢和墙体厚度进行统一，确保各个墙体在同一垂直面内。

2.3应用性

在高层房屋应用短肢剪力墙时，能够根据墙体的实际数量，以及墙肢的长度，及时的对墙肢的侧向刚度进行调整，确保抗侧力符合工程的设计要求。同时，将柱梁墙布置在同一垂直平面内时，能够进一步增加柱梁的隐蔽性，增大室内的空间，防止墙柱出现外凸，满足建筑物内部的美观与舒适性要求。

3　高层房屋短肢剪力墙结构的设计

3.1工程案例

某工程高层房屋的建筑总面积为7932m2，标准层的建筑面积为475m2，建筑纵向长度为23.20m，横向长度为24.20m，层数为16层，建筑总高度为50.4m，外墙、分户墙、梯间墙使用200mm的加气混凝土轻质砖，其余为100mm厚加气混凝土轻质砖墙，采用短肢剪力墙结构进行设计，建筑设计的抗震设防烈度为Ⅵ度，标准层如图1所示。

图1　标准层结构平面图

3.2对主体结构的设计

3.2.1结构选择

按照相关要求，柱和梁都不允许在房间出现。本工程给出了两个结构方案进行选择，即异形柱框架结构以及短肢剪力墙结构。因为各种原因排除了异形柱框架结构方案。然后初步对短肢剪力墙结构进行了估算，发现相关的轴压比、扭转以及侧移等条件均能达到相关规定，因此最终选择了短肢剪力墙方案。

3.2.2结构布置

该工程中在剪力墙方面的结构布置需满足以下条件：保证建筑结构的承载力、降低扭转、控制相关的结构变形以及对轴压比的控制等综合指标控制。具体结构布置的控制措施如下：

（1）结合工程实际进行施工

按照相关建筑方面的技术要求，高层房屋在结构设计中不能全面采用短肢剪力墙构造，应该在楼梯间的位置适当布置长剪力墙结构，同时将电梯间与建筑进行结合设计，设计方案为短肢剪力墙结构。其他部位按照小开间构造进行相关的剪力墙布置，针对内外墙的结合位置采用短肢剪力墙布置。为了保证短肢剪力墙在建筑中的隐蔽性，按照相关要求的设计形状进行短肢剪力墙的具体布置。

（2）科学布置水平抗侧力结构

为了能够科学地进行水平抗侧力结构布置，要将轴线的水平抗侧构件布置合理，从而降低结构扭转现象的发生。进行剪力墙的布置时应采用合理的程序，对结构进行科学分析，同时按照分析结果对轴线上的墙肢的具体长度进行合理调整，从而使建筑的刚度中心和质量中心的偏差最小。按照相关的建筑技术行业规程，对建筑在地震等特殊状态下的偶然性偏心以及相关的移位进行控制。同时有效的限制高层建筑的最高高度。

（3）控制好剪力墙的轴压比

该工程在抗震等级为Ⅳ级，经实践研究表明，该工程中短肢剪力墙的相关轴压比应控制在0.7以下，将一字型的短肢剪力墙的轴压比应控制在0.6以下。剪力墙的肢长必须满足相关的技术要求，而且应兼顾相关的门窗洞口的实际需要。同时对剪力墙的外墙、内墙厚度以及下墙肢加厚进行了明确。

（4）正确使用混凝土材料

为了保持在竖向刚度的连续性，对相关楼层的混凝土刚度进行了明确规定，即4层以下使用C40混凝土，5～8层使用C35混凝土，9层以上使用C30混凝土，楼板和梁体使用C25混凝土，竖直方向上剪力墙截面保持不变。

（5）严格遵循相关的设计要求进行设计

该建筑的内墙以及外墙的截面厚度按照相关要求执行，初步决定梁的高度按照设计跨度的1/10进行设计。为保证建筑结构的达到相关要求，应合理设计剪力墙的数量。若布置的剪力墙数量太少，则结构的刚性不足；若布置得过于密集，则不但提高了地震力而且会造成建筑成本的增加。应参考相关的指标进行具体的剪力墙设计布置。

（6）做好数据分析工作

在该工程的建造设计中，使用的SATWE分析软件，其主要是为取得高层房屋结构空间结构分析取得较为科学的设计数据而开发的，该软件能够完成较为复杂的高层混凝土结构体系中的计算。该软件根据壳元理论为依据，科学的对剪力墙的刚度进行模拟与计算。具体结构在受到相关风荷载以及地震作用时的位移见图2。

由图2能够清楚的看出建筑在地震力以及风荷载的作用下对结构变形的具体程度。参考壁率指标，通过相关的移位计算结果发现，利用短肢剪力墙结构进行设计对建筑结构移位现象的控制具有较好的作用。

4　短肢剪力墙在结构设计中的注意事项

4.1严格控制短肢墙的轴压比

图2　结构在风荷载和地震作用下的位移图

要对短肢墙的轴压比进行严格控制，尤其是无端柱或无翼缘式的短肢剪力墙。当剪力墙在承受压弯作用时处于小偏压状态，则墙的延伸性较差。如果轴压比较大，那么混凝土受压区在边沿位置的应力就会非常高，这时若混凝土边缘约束力不足，就会出现纵向裂缝等不良后果，最终使构件丧失相关基本能力。所以，短肢墙的轴压比应在进行相关设计时就严格控制，从而保证地震发生时短肢墙有足够的延性，不至于发生脆性破坏。

4.2正确计算短肢剪力墙结构的基本特性

所谓“短肢”是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，首先要明确短肢剪力墙属于剪力墙的一种，其计算与配筋方式和构造要求基本与剪力墙结构相同。在进行杆件内力计算以及结构方面的相关动力特性分析时，要求采用三维计算方法。在竖向构件分为薄壁杆模型和墙元模型两种，薄壁杆模型是一种精确度较低的简化模型；而墙元模型则是一种高精度力学模型。

4.3做好墙肢的分布设计

在满足轴压比的前提下尽可能的均匀的分布设计各墙肢，确保墙体刚度中心和建筑物的形心最大限度的接近；在抗震设计方面应按照相关的规范要求严格执行。同时要将钢筋的空间分布设计布置合理，避免为钢筋下料时带来不便。另外，还需要高度重视相邻楼层之间侧向刚度比的设计。

4.4分析结构体系

由于短肢剪力墙的抗震薄弱部分在建筑边缘以及角点的墙肢，最应防控的是因翘曲变形的一字型状况，这种状况最易形成相连梁的首先开裂。所以，应在相关设计中提高应对措施：对外缘角点的短肢剪力墙增加各种钢筋用量，减少轴压比，从而保证相关剪力墙的结构抗震性能。

5　结语

总而言之，将短肢剪力墙结构广泛的应用在高层房屋建筑中相比于传统的剪力墙结构更具灵活性以及整洁性，能够有效满足人们对于室内空间的需求，而短肢剪力墙抗震性能相对剪力墙结构较差，因此，在对建筑物进行设计时，需要根据建筑物的实际情况来进行科学的设计，并充分融入相关的抗震理念，使得建筑结构的稳定性得到进一步提高，满足了人们日常生活和工作的需求的同时，使得建筑行业得到进一步的发展。

[1]李长朴，徐溪雪.小高层建筑中短肢剪力墙结构设计浅析[J].科技创业家，2012（24）：45～46.

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[3]刘桂航.对高层房屋短肢剪力墙结构设计的分析[J].建材与装饰，2014（39）：63.

TU398.2

A

2095-2066（2016）31-0149-02

2016-9-20

罗 西（1982-），男，工程师，本科，主要从事建筑结构设计工作。