高层建筑短肢剪力墙结构设计探析

摘要：短肢剪力墙结构是比较特殊的剪力墙结构，其具有造价低、抗震强、空间广等优点，能够满足建筑物的观赏性要求，因而在高层建筑中得到广泛应用。文章分析了高层建筑结构中应用短肢剪力墙结构的优点，阐述了短肢剪力墙结构的设计原则，提出了短肢剪力墙结构设计中应注意的问题，并探讨了高层建筑短肢剪力墙结构的加强措施。

关键词：高层建筑；短肢剪力墙；结构设计；建筑结构；建筑物 文献标识码：A

中图分类号：TU318 文章编号：1009-2374（2016）32-0113-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.056

近年来，随着人们生活水平的提升，对住宅条件有了越来越高的要求，以往传统的普通框架结构因影响到住宅美观而越来越不被人们所接受，尤其是传统的普通剪力墙结构因严格限定与分隔房屋空间，难以满足人们对住宅空间的要求，因此产生了短肢剪力墙结构这一种新的结构型式。这一结构型式克服了传统普通剪力结构与框架结构存在的不足，并能降低基础及上部结构的造价，因此得到建筑商、住户的广泛喜爱，近年来在高层建筑结构中逐渐被推广使用。

1 高层建筑结构中应用短肢剪力墙结构的

优点

短肢剪力墙结构即肢剪力墙较多的剪力墙结构，其主要通过连续梁使一些独立的钢筋混凝土墙段接连，但短肢剪力墙界面厚度要求不超过300mm，同时其高度应是厚度的4～8倍，长跨比为4～8，短肢墙总地震倾覆力矩大于30%，但不得超过50%。在高层建筑结构中短肢剪力墙结构的优点主要体现在以下两个方面：

1.1 可根据施工情况进行控制

在高层建筑施工过程中往往存在着较多的不定性因素，但短肢剪力墙易于控制，制定短肢剪墙的尺寸、位置及数量可根据施工的实际情况来定。因短肢剪力墙可根据施工方案的变化进行调整，不会对建筑工程施工造成任何影响，从而能够保障施工的质量。

1.2 可满足不同的建筑结构设计要求

短肢剪力墙可通过控制其自身数量和调整自身强度满足施工要求，同时短肢剪力墙也可隐蔽设连接的支撑柱梁。针对一些高层建筑结构，在创建整体的构造体系时可采取中心剪力墙，从而确保整个建筑物的强度与刚度值都符合国家规定的相关要求。若高层建筑的竖向结构设置较多变，为满足建筑物的使用性能可建设间隔墙。因短肢剪力墙应用较广泛，可根据不同的建筑结构设计特性满足不同情况下的需求，有利于简化高层建筑的结构设计。

2 短肢剪力墙结构的设计原则

（1）短肢剪力墙布置应尽可能均匀，以确保建筑物的刚度和质心一致，可防止高层建筑在发生地震时出现扭转；（2）在结构布置上具有较大的可调整性、灵活性，且具有较多的可选择方案，楼盖的支承易处理；（3）通常在房间间隔墙的交接处布置短肢剪力墙，布置竖向构件不会与建筑使用功能相矛盾，其主要利用的是间隔墙位置。墙肢的数量不可过多或过少，一般根据具体的抗侧力决定，避免结构过柔或过刚；（4）墙肢不宜过厚，以防止墙肢凸出各间隔墙表面，同时为满足高层建筑刚度和强度的要求，应利用中心剪力墙形成主要的抗侧力构件；（5）当建筑物造型不规则或水平荷载较大时，应将短肢剪力墙布置在平面各边缘处及各角点以加强结构的整体性和满足结构平面刚度的要求。

3 高层建筑短肢剪力墙结构设计中应注意的问题

3.1 不适合所有高层建筑结构

短肢剪力墙结构体系并不适合所有的高层建筑结构，若设计的短肢剪力墙比较多，则需要设置一个一般剪力墙，其可以与短肢剪力墙有共同抵抗水平的剪力墙结构。如果建筑设计中剪力墙结构中的短肢剪力墙比较短时，剪力墙的适用高度应达到规范中剪力墙结构规定值略低即可，若建筑设计为抗震7级则其高度应在100m以内，抗震设计为8度时应低于60m。此外，对于设计抗震标准9级的A级、B级高层建筑，应最大程度减少短肢剪力墙的结构设计。

3.2 剪力墙洞的布置

在剪力墙洞口设计时，笔者认为应注意以下三点：（1）剪力墙洞口设计的位置应严格参照标准执行，洞口设计呈排或者成列状，这样确保应力有规则分布，且确保墙肢、连梁明确，从而避免剪力墙的墙肢刚度与洞口设计相距过大；（2）若在设计时需要布置一个叠合错洞墙、错洞剪力墙，其洞口叠合或错开距离小，导致出现不规则墙肢，且应力及构造分布较复杂，洞口之间易存在薄弱部位，因此应避免在洞口设置剪力墙。若为工程需要，则应用轻质材料将叠合洞口填补或对洞口周边采取加强措施，这样可以让洞口剪力墙相对比较规则；（3）在设计洞口时，笔者建议采取准确的分析方法并运用多种模型，以此对大量不规则洞口进行简化处理，必要是可进行校核或者重新分析计算。

3.3 加强抗震薄弱环节

在短肢剪力墙结构布置时应加强抗震薄弱环节。具体措施如下：（1）尽可能在墙肢的竖向平面内布置连梁，且每道短肢剪力墙宜与两个方向的梁连接。在两个方向上应有短肢剪力墙连接，且将翼缘也设置在另一方向上，尽可能避免出现“一字形”短肢剪力墙；（2）均匀布置短肢剪力墙，均匀分布各墙肢，墙的轴向应力不能有太大的差别，并让建筑的形心与结构强度中心能够保持一致。在设计竖向短肢剪力墙时为了预防孔口出现错位现象，应上下对齐建筑的墙肢，这样可以与连梁结构形成一个抗侧力体系，从而提升短肢剪力墙的抗震性能；（3）可采用强墙柱弱连梁体系设计短肢剪力墙结构；（4）由于短肢剪力墙的结构抗侧力刚度相对来说比较较小，此时可借助电梯或者楼体等核心筒或者增加自身长度，以此来达到良好的抗震效果，进一步增强建筑结构的刚性，防止建筑结构因地震受到强烈的冲击而出现变形；（5）底部外围小墙肢在水平力的作用下会承受较大的扭转剪力和竖向荷载，造成墙肢开裂，对此可以通过减小轴压比，加大配筋量和外周边墙肢厚度等措施，使高层建筑抗震性能提高。

4 高层建筑短肢剪力墙结构的加强措施

针对短肢剪力墙设计中的薄弱部位应采取加强措施，具体如下：（1）在抗震设计过程中，与建筑结构总底部地震倾覆力矩相比，筒体和剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩应至少大于一半以上；（2）底部加强部位及其他各层都应对短肢剪力墙的剪力设计值进行调整，无论是非抗震还是抗震设计，要求短肢剪力墙截面最小厚度应不低于200mm，以防止短肢剪力墙过早剪坏；（3）为使短肢剪力墙的延性得到改善，抗震等级为一级时，在重力荷载代表值作用下各层短肢剪力墙产生的轴力设计值的轴压不超过0.5。抗震等级为二级时，各层短肢剪力墙产生的轴力设计值的轴压不超过0.6。抗震等级为三级时，各层短肢剪力墙产生的轴力设计值的轴压不超过0.7。针对一字形短肢剪力墙，特别是端柱或无翼缘，因延性较差，应将轴压比限值降低0.1；（4）剪力墙的加强部位确定后，加强部位不宜选择楼电梯间墙、剪力墙顶层，而应该选择在整个建筑抗震结构中的塑性铰位置。为了能够进一步增加剪力墙的延性且提升抗剪切破坏能力，笔者认为应切实加强塑性铰部位；（5）必要时可进一步扩大剪力墙的加强部位范围，一般情况下剪力墙的高度应在150m以上，加强部位高度以达到墙肢总高度的1/10左右为宜，合理控制剪力墙加强区域高度。除此之外，设计短肢剪力墙时应重视墙体的肢长、构造、比例和加强位置，按照相关要求进行设计才能使其抗震性能得到切实提高。

5 结语

总之，在现代建筑结构设计中，短肢剪力墙作为一种新型建筑结构体系，应受到建筑设计者的高度重视，且具有较好的应用前景。虽然短肢剪力墙结构具有较多的优点，但也存在诸多缺点，因此在高层建筑设计时（尤其是短肢剪力墙设计），应注意短肢剪力墙结构的合理性。最大限度降低短肢剪力墙的弱点并采取必要的加强措施，促使其优势能够最大程度实现，进而为业主提供一个更安全的住宅环境。

参考文献

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作者简介：周三程（1983-），男，广西桂林人，供职于华蓝设计（集团）有限公司，研究方向：建筑结构设计。

（责任编辑：小 燕）