短肢剪力墙结构在高层建筑中的特点和应用探析

周建民

【摘 要】随着我国高层建筑越来越多地出现，而大多数都用到短肢剪力墙的结构形式，主要是要考虑其综合因素，这样才能降低生产成本和施工周期，确保建筑物的质量得到可靠地保证。本文就高层建中常用到的建筑短肢剪力墙进行剖析，对其基本特点和使用原则进行探析，为短肢剪力墙在高层建筑中的实际应用提供一些可靠的支撑和有益的参考。

【关键词】短肢剪力墙；高层建筑；结构设计；安全可靠；经济合理；抗侧刚度；整体稳定性

中图分类号： TU973.16 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）34-0238-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.098

0 引言

随着我国经济快速发展，以及在建筑技术方面的突破，使得投入到大型高层建筑的人力、物力等资源相继涌入，这使得高层建筑如雨后春笋般地涌现。短肢剪力墙在中高层建筑中抗侧力构件数量选取上应遵循根据建筑对使用功能上的要求对短肢剪力墙进行合理布置。在满足结构的水平和竖直承载力的情况下，选取数量适中的短肢剪力墙布置，不能使结构刚度太大或者太小。短肢剪力墙数量应均匀合理，使建筑结构刚度中心和质心尽量保持一致，以便形成联肢墙抗侧力结构等原则。经过多年的研究和发展，对短肢剪力墙的各种结构、力学特性进行了全方位、多角度研究，并逐步完善其结构特征。短肢剪力墙在结构和受力分析上具有独特的优势，能够与高层建筑的功能相结合起来，很好地摆脱了框架式结构带来的墙柱与墙体相互突出的结构特点。在各个短肢剪力墙之间用梁连接起来，这样使结构的整体性更好，其抵抗变形的能力也就更上一层楼。于此同时，这样也可以在室内使整个房屋外观看起来更加漂亮，空间管道布局也更加合理，体现出建筑结构的整体美。短肢剪力墙比一般剪力墙表现出灵活多变的特点，在房间安排分隔上更具有比较明显的优势。结构的抗侧刚度和整体的结构刚度也可以更好的控制和调整，避免了剪力墙刚度过大，过于浪费的情况发发生，这样灵活的结构为结构工程师的设计思维提供更广阔的空间。本文以高层建筑中短肢剪力墙为研究对象，就其在高层建筑中的基本特点进行说明，为高层建筑中短肢剪力墙结构设计提供一点参考和可靠的支撑。

1 高层建筑中短肢剪力墙的基本特点

在最新的《高规》中，短肢剪力墙已明确指出为墙肢的高度与上墙肢的高度之比，其比值范围在四到八范围之内，不管怎样，短肢剪力墙从结构划分上来看，仍属于剪力墙体系中的一种。短肢剪力墙的厚度范围主要在180mm到250mm之间；肢长范围主要在800mm到2000mm之内。短肢剪力墙主要结构有T形、L形、Z型等，在建筑结构中其主要出现在外墙和内墙相连接处和在建筑结构墙体转角处较多。在高层建筑中，其结构受力需要考虑诸多因素，使得在进行结构设计需要考虑到各个方面的情况。在设置短肢剪力墙时需要注意在具有竖向交通区域时，其分隔墙需要设计成剪力墙，因为这样可以使建筑结构是相对完整的，这样就可以用来抵抗侧向力和竖向载荷。外墙周围的竖向受力构件根据短肢剪力墙结构承载力的需要和建筑平面特点而定，把短肢剪力墙按照规范和要求布置在结构的平面，连接梁设在墙体之间，用来将短肢剪力墙相互连接起来，形成整体。

通过以上对短肢剪力墙的基本性质和设计要求，其主要的特点有几下几个方面：（1）隔墙位置设置竖向构件。这主要结合高层建筑的平面结构特点，并且在与建筑所发挥的功能不重合的前提下，可以在隔墙位置设置竖向构件。（2）短肢剪力墙的数量和肢的长短。根据高层建筑结构的抗侧力要求，需要设置短肢剪力墙所需要的数量以及肢的长短。（3）满足结构的需要。在高层建筑中，将中心竖向的交通区域做成筒体，可以满足整体结构平面的需要，也可以满足建筑结构抗侧力的设计要求。（4）具有较强的灵活性。短肢剪力墙在高层建筑结构布置上具有较强的灵活性，使得在进行楼盖支撑时，减少了结构上的复杂度，保证工期按时间节点完成。（5）转换层容易程度。在进行高层结构整体设计时，如果出现要求下部楼层为大空间结构时，与普通的剪力墙相比，短肢剪力墙更容易利用转换层来连接上下结构之间的关系。（6）使高层建筑物重量减轻。与传统的剪力墙相比，短肢剪力墙使高层建筑物整体重量得到大大地减轻，这样使在进行施工时，可以较少施工周期和更利于施工，还可以较少工程成本。

2 短肢剪力墙的受力特点及计算方法

短肢剪力墙在高层建筑当中，可以看成是一种悬臂结构，其受力分布主要与其几何尺寸和结构有关，其开洞的大小、形状、位置等有直接关系，最主要的影响因素是其开洞大小。通常上用ρ来表示孔洞的大小情况，ρ在建筑工程中定义为墙面洞口面积除以墙面不计洞口的总面积。对于不同的开孔孔洞，其ρ大小不同，主要的孔洞结构有：（1）整截面墙。对于整截面墙老说，墙体开洞太小（ρ﹤15%），于此同时，洞口之间的距离与孔洞最外边的长度要大时，其截面结构受力特点满足材料力学的计算方法，可以使用平面假定的基本原则，变形具有弯曲性。（2）整体小开口墙。当洞口较大时（ρ介于15%到30%之间），采用平面假定计算得到的应力和变形时，需要对得到的应力结果进行修正，最终使得变形为弯曲形。（3）联肢剪力墙。 当洞口面积过大时（ρ介于30%到50%之间），利用平面假定时，得到的结果与实际情况偏差太多，这时平面假定就不适用了，这就必须用墙肢的微分方程，才能得到满足实际情况的结果，结构的变形从弯曲型变成剪切型。（4）壁式框架。当洞口尺寸很大时（ρ﹥50%），可以按照连肢剪力墙进行计算，但是其受力的基本情况已经更近似于框架结构了。只是框架梁和框架柱都比较宽而已，因此在梁与柱交界处会形成不产生弹性变形的刚域，这样梁的端部及柱的端部就会形成一定范围的刚域，通常来讲被叫做壁式框架，它的受力变形所形成的曲线已经很接近剪切型。

短肢剪力墻的受力计算方法主要有以下几个方面：（1）平面假定。短肢剪力墙在空间结构时，其受力状态属于空间体系。为了计算短肢剪力墙在承受侧向力产生的应力和变形，在不影响其计算误差的前提下，可以对短肢剪力墙进行合适的假设，其假设主要有楼板平面内的刚度远远要大于平面之外，并且平面外刚度可以忽略不计，以及各短肢剪力墙也是平面内绝对刚性。（2）平面协同刚度分析。短肢剪力墙结构位移和应力进行计算时，对不同的截面形状要进行分析计算，存在整截面墙、联肢墙等时，需要按照具体情况进行协同计算，得到符合实际情况的结果。

3 短肢剪力墙结构抗震设计

在高层建筑中，结构的抗震性非常重要，影响着居住着的人生安全。短肢剪力墙在抗震等级的要求下，有如下的一些规定：

（1）墙厚规定。根据不同的抗震等级，其結构厚度不一样。当抗震等级为一级和二级时，短肢剪力墙的底部加强部位厚度有相应地规定，必须大于200mm。对于一字型单独设置的短肢剪力墙，其底部的厚度必须大于220mm；对于抗震等级为三级和四级时，则短肢剪力墙截面厚度必须大于180mm；在对于没有抗震等级设定时，墙体的截面厚度也必须大于160mm。

（2）短肢剪力墙在抗震等级为一级时，其轴压比必须小于等于0.45；抗震等级为二级时，其轴压比必须小于等于0.50；而对于一字型结构的短肢剪力墙，其轴压比更为严格，在前述相应地基础上减去0.1，这样才能保证结构的完整性，能抵抗一定的变形。

（3）对短肢剪力墙进行抗震设计时，应该充分地考虑到其结构几何特点，对其薄弱地方的剪力要进行安全系数的提高进行设计，这样才能保证整体结构的完整性，保证整体结构的刚度。如果抗震设计等级为一，剪力设计值需要乘以系数1.4；如果抗震设计等级为二，剪力设计值需要乘以系数1.2；如果抗震等级为三，剪力设计值需要乘以系数1.1。

（4）短肢剪力墙进行抗震设计时，在进行钢筋用量设计时，要考虑短肢剪力墙底部作为薄弱部分，要尽量使钢筋的分布更加合理。抗震设计等级为一、二级时，配筋率应大于等于1.2%；抗震等级为三、四级时，配筋率应大于等于1.0%；对于短肢剪力墙的其他部位，抗震等级为一、二级时，配筋率应大于等于1.0%；抗震等级为三、四级时，配筋率应大于等于0.8%。

4 高层建筑中短肢剪力墙配筋方式

在高层建筑中，短肢剪力墙必须严格按照标准进行合理地配筋，在建筑结构的底部必须进行部位加强，短肢剪力墙的纵向配筋率必须大于等于1.2%，其他部位应大于等于1.0%。如果短肢剪力墙的数量并不多，轴压比小，墙肢高厚比大，抗震等级低，所在位置也不在角部等情况，应根据实际情况进行抗震设计。抗震等级要求高的，应严格进行要求，抗震等级较低，则可以从宽处理。剪力墙高厚比为3～4的墙肢，因为墙肢的抗侧刚度小，会比较容易形成剪跨比比2小的“短柱”或剪跨比更小的“超短柱”，造成剪切破坏，因其相对比较差的抗震性能，在结构设计过程中应尽可能避免采用。假如很难避免，就以短肢剪力墙的措施为参照进行设计。剪力墙筒体中对高厚比为 4～8 的墙肢，或者刚度比较大的，也不需要遵循短肢剪力墙的钢筋设置方法进行配筋，可以根据一般的剪力墙进行配筋上的适当调整。

5 结束语

总之，在高层建筑中，有效地利用短肢剪力墙结构，可以使建筑结构在满足设计要求的前提下，给设计师提供了更加广阔的设计空间，于此同时节约了实际成本，提高结构设计工作效率，其建筑的结构也更能符合国家在对建筑材料环保方面的要求，增强建筑的社会和经济效益。，有助于推动城市的经济平稳快速发展。

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