浅析高层建筑结构中短肢剪力墙的设计和发展

吴鸿远

池州市规划勘测设计总院有限公司 安徽 池州 247000

引言

随着人们生活水平的提高，人们对房屋建筑的要求越来越高，和传统的普通框架结构建筑物相比，现代建筑不仅可以满足于人们对建筑物体美观的要求，同时也可以满足于人们对建筑物体的实用性要求。在传统的剪力墙结构设计中受到分隔房屋空间的限制，很难满足人们对房屋空间的需求，所以出现了短肢剪力墙结构形式。这种结构形式解决了传统的普通剪力结构中的不足和问题，减少了施工的成本，所以，得到了很多建筑企业和用户的喜爱和青睐，近年来在小高层建筑结构中被广泛应用。

1 高层建筑结构中短肢剪力墙的基本概念

在《高层建筑混凝土结构技术规程》（征求意见稿）中，定义短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比5到8之间的剪力墙且墙体的厚度不小于200mm。在受力性能分析下，短肢剪力墙的变形能力和墙肢承载力较大，故不能按照设计壁式框架的理念来设计；同时考虑到短肢剪力墙所开的洞口并不是用来安装门窗的，而是作为设置砌体填充墙设置的，所以要求洞口尽量大一些，不能设计为整体小开口的形式；故更加安全和经济的设计理念是将其设计为联肢墙的形式。其平面布局更多采用Z字形、T字形、L字形以及十字形，因为构成这些剪力墙的墙肢较为短小，应该尽量保证结构布置较为对称与均匀，达到刚度和抗震的基本要求。同时在地震状态下，短肢剪力墙的墙肢会出现受弯状态，故此状态下墙肢的延性较好。但是过多的短肢剪力墙会影响整体建筑物的抗震性能，应该综合考虑其影响[1]。

2 高层住宅工程短肢剪力墙的主要结构特点

（1）从结构形式上看，短肢剪力墙的高度与厚度比值在4和8之间，小于4的一般称为异形柱，也归属于剪力墙的范畴。短肢剪力墙具有较好的结构性能，刚度分布更均匀，受力更合理，是高层住宅建筑稳定性和安全性的重要保障。与框架结构相比，因其具有更多的优异性能，所以在高层住宅建筑的实际设计和施工中得到了较为广泛的应用。短肢剪力墙名称中的“短肢”，主要指通常2m左右的肢长。根据形状特点可以将短肢剪力墙划分为丁形、L形、T形以及乙形等多种结构形式。如果剪力墙墙肢的截面高度与墙肢宽度的比值小于4，剪力墙会形成类似于柱的结构，这种结构并非呈现为传统意义的方形或者是矩形，因此在施工作业中将这种墙体称为异形柱。当异形柱与连梁之间互相连接，形成的框架结构就被称为异形柱框架。高层建筑由于自身需要抵抗侧力位移的原因，不能全部使用异形柱结构，还需要适当地使用短肢的剪力墙，因为短肢剪力墙具有较高的稳固性特征，结构安全性能也更好[2]。

（2）在具体建筑设计中，由于设计灵活性较大，可以选取不同的短肢剪力墙设计方案，进行多种布置，根据不同的布置来完成不同的空间需求，更好地完成竖向承载、支撑楼盖的效果。

（3）因为短肢剪力墙具有受力分布均匀的特点，进行平面结构的分布设计时可考虑使用在墙体转角处，这样连梁能够将短肢剪力墙联系为受力均匀、结构紧密的整体。在没有短肢剪力墙分布的部位，较多使用填充墙。转角处的短肢剪力墙能够承受较大的刚度以及荷载。在分隔墙位置布置的竖向构件，对建筑整体的使用功能不会造成较大的影响。短肢剪力墙适用性强，可根据建筑的实际需求，灵活地对位置和数量进行设计布置，同时尺寸也可以根据建筑平面结构的实际需求适当地调整，最终可根据建筑结构的整体抗侧力要求确定。同时剪力墙的具体尺寸以及位置，能对层间结构的刚度中心具有一定的调整作用。短肢剪力墙的结构布置具有较强的灵活性，选择方案较多，因此能够容易满足高层建筑住宅的各种性能要求。在短肢剪力墙结构设计时，可在同一平面布置多种连梁和剪力墙，这样可以加强建筑整体结构隐蔽性的特点，也能使建筑平面更具美观性。在实际工程中，根据减缓侧向位移的设计目标，需要对高层建筑竖向结构区域进行重新划分，合理利用短肢剪力墙能够有效提升建筑结构的整体性能[3]。

3 民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用

3.1 短肢剪力墙技术在民用建筑结构设计中的技术要点

①要根据民用建筑的具体空间来进行短肢剪力墙的高度设置。短肢剪力墙的高度要根据民用建筑的空间高度以及纵向承载力来确定，同时也要考虑民用建筑所用的建筑用材的最大承载力，结合材料、高度、纵向承载力来科学设计短肢剪力墙的高度，以达到完美的抗震效果，同时避免了资源的浪费。②短肢剪力墙的空间布局要科学合理。短肢剪力墙的位置设定，要严格遵循民用结构的力学性能的具体规定，要控制好各短肢剪力墙之间的间距以及使用数量，要通过科学严谨的设计方案进行短肢剪力墙的设置，要综合考虑短肢剪力墙的应力分布情况，尽量保证短肢剪力墙的对称分布，要紧紧围绕中心剪力墙来进行方案设计，让整体的受力情况达到均衡的标准。③剪力墙连梁的设计。短肢剪力墙的连梁，承载着剪力墙之间传递的力，要充分保证剪力墙连梁的力学性能，保证剪力墙连梁的破坏是在屈服强度破坏之后，不应加入会破坏整体力学平衡的连梁纵筋。④要充分考虑短肢剪力墙的抗震性能。短肢剪力墙技术是在不改变原有框架下的民用建筑结构改良的技术手段，要充分考虑民用建筑上层结构与下层结构的力学平衡，结合中心剪力墙，设计出符合民用建筑刚度的短肢剪力墙设计，以保证工程施工的顺利进行[4]。

3.2 抗震设计要点

高层建筑结构短肢剪力墙的墙洞开展有效的设计后，还需要对抗震性进行设计，尤其是在抗震薄弱的位置要提高其抗震性。①为了能够在不同的方向对上梁进行连接，其需要对短肢剪力墙墙肢竖向平面等进行有效的设计。这两个方向上需要把短肢剪力墙联系起来，以此来保障翼缘方向的一致性，短肢剪力墙也会减少出现一字排开的现象。②均匀布置短肢剪力墙，使各个墙轴能够逐步缩小与应力之间的差距。而在设计竖向短肢剪力墙时应该对上下建筑墙肢提出更高的需求，特别是要保障上下的一致性。这种一致性能够防止出现孔口发生错位的现象，以此能够形成抗侧力，从而使得短肢剪力墙能够发挥出自身的抗震性能。③对短肢剪力墙进行设计的时候，因其自身的抗侧力刚度并不大，所以需要借助于核心筒来提升自身的长度，以此能够保障墙体具有较强的抗震性、保障结构具有较强的刚度，使得建筑结构不再受到地震的影响，变形情况也不会再出现。④轴压比出现不断降低的趋势，能够保障墙肢的厚度或者配筋厚度达到标准范围内，抗震性能也不断提升[5]。

3.3 短肢剪力墙模板工程施工技术要点

短肢剪力墙模板工程施工作业前，技术人员需要根据现场的实际特点以及图纸中短肢剪力墙的结构设计要求，进行模板工程的详细施工设计，要特别注意施工设计的合理性和科学性，目的在于确保模板作业的施工安全。模板作业的前期阶段，特点在于：存在较多的接头作业，接头处理不好，会影响模板的严密性，后期也会影响混凝土的振捣效果。因此对接头要进行统一处理，以保障连接过程的完整性。尽量选用一次成型的模板，可减少在浇筑过程中出现的拼缝对混凝土质量的影响，也能有效保证短肢剪力墙施工质量，并提升施工作业速度[6]。

4 结束语

在高层建筑结构设计中，短肢剪力墙的相关设计一直是个困扰设计者的问题。怎样综合发挥出短肢剪力墙节省空间，优化建筑设计的优势；怎样避免由于地震不利影响而造成的安全隐患，本文一一进行了探讨和分析。通过本文的探讨和分析，合理地进行平面布置，控制整体布置的对称和均匀，以及进行严谨的计算与推导可以实现优化结构设计，使短肢剪力墙的抗震性能有明显提升，实现在工程中的推广运用。