短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用研究

杨小奇

摘 要：在高层建筑结构设计中，对于短肢剪力墙的研究已经越来越深入，应用也越来越广泛，然而在许多实际工程项目的设计应用中还是会有一些较为普遍的通病和难题，对现代结构工程设计师也是提出了新的要求和挑战。对短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用特点、应用优势和存在问题进行深入分析，并从抗震性能、总体布局、设计参数、墙洞设计、轴压比控制等方面对短肢剪力墙结构设计的有效策略进行研究，旨在为高层建筑短肢剪力墙结构设计提供参考，为高层建筑建设添砖加瓦。

关键词：短肢剪力墙；高层建筑；结构设计；应用

中图分类号：TU973.16                               文獻标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）05-0043-03

0 引言

近年来，短肢剪力墙技术成为高层建筑工程建设中的一项至关重要的内容。高层建筑结构设计中逐渐增加了对这项工作的重视，开展短肢剪力墙的结构设计工作重点是按照其结构特点和优势，遵循相关设计原则，有效规避当前普遍存在的一些应用问题。与此同时，强化其结构设计中的应用策略，为短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的施工应用奠定坚实的基础。

有鉴于此，对于高层建筑结构设计而言，短肢剪力墙的结构工作至关重要，顺利开展此项工作，能为工程建设质量提供保障，同时能为高层建筑的使用功能优化和抗震性能强化提供可靠支持。

1 短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用概述

1.1 短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用特点

首先，在高层建筑结构设计中，应用短肢剪力墙能更有效地节省空间，能够有效规避平面总体布局中建筑与结构专业的一些冲突，从而满足不同高层建筑的个性化使用功能，提升建设单位的经济效益和客户的使用体验。

其次，通过短肢剪力墙结构的应用，可以给予建筑设计师更大的设计空间，便于科学、灵活地对平面布置方案进行比选和优化，通过各种个性化地布局来满足客户的各项特别需求，保障建筑结构的安全可靠性。

再次，短肢剪力墙结构的设计计算与异形柱较为相似，其往往存在典型的反弯点，使得该处的轴向应力和剪应力会比较大。所以在其设计计算中要对各种工况中的极限状态较为敏感，尤其是不能忽视偏心抗拉、偏心抗压、轴心抗压、斜截面抗剪以及集中力造成的局部抗压等多项验算[1]，必须采用一整套科学的构造设计措施来保证其抗震性能。

从次，短肢剪力墙结构的应用能够降低剪力墙结构的工程量，但会影响建筑的抗震性能，尤其是抗震性能验算中，对于短肢剪力墙结构的翘曲变形较为敏感。因此要在平面布局中，尽量避免或减少在端部和边缘部位设置短肢剪力墙，实在无法避免的情况下，也要设置足够可靠的构造措施。

最后，短肢剪力墙结构的工程量相对较小，在满足高层建筑结构设计要求的基础上，其钢筋混凝土用量相对较少，经济优越性较为明显。

1.2 短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用优势

首先，由于短肢剪力墙结构的截面宽度以及高度相对较大，对于高层建筑结构的安全和稳定性方面具有一定的优势，因此与普通的剪力墙结构相比，在建筑材料应用方面具有可观的经济效益。

其次，短肢剪力墙结构的自振周期相对较大，因此刚度也明显较大，抗侧移等方面的抗震性能较为优越。

再次，短肢剪力墙结构的平面布局设置方面灵活度高，对于高层建筑使用功能的个性化需求较为有利，且由于短肢剪力墙结构之间只需要采用轻质材料砌筑的隔墙予以填充，对于降低高层建筑结构自重、提高结构承载能力和抗震性能均能带来有利影响。

最后，在短肢剪力墙结构中可以通过连梁设计，为整体结构提供塑性铰[2]，从而为高层建筑结构的抗震减伤带来有效帮助。

2 短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用现状

2.1 短肢剪力墙存在过度使用的情况

短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的缺陷和短板也是较为明显的，尤其是在一些不合适的部位设置短肢剪力墙，将给整个高层建筑结构的抗震性能带来极大的隐患。然而在许多高层建筑结构设计实践中，设计师们往往片面地考虑空间美感和个性化设计，过度应用短肢剪力墙结构[3]，没有对高层建筑结构的整体性能进行全面考虑，毫不限制短肢剪力墙结构的应用部位和应用数量，从而留下了抗震性能瑕疵和安全风险。

2.2 数据分析和计算的科学合理性有待提高

在高层建筑结构设计中，必须依靠合理的数据和资料支持，以及相关软件的技术支撑。然而当前在短肢剪力墙结构设计中使用较为广泛的就是TAT与SATWE这两款计算软件[4]，它们的计算方式与侧重点也是各有千秋。在实际的建筑结构设计中，若不重视项目的实际需求和不同计算软件的差异化，就会造成高层建筑结构设计从总体上不够科学。例如对于短肢剪力墙结构的截面宽度以及高度等各项参数的设置不合理，从而导致整个高层建筑结构的安全稳定性受限，抗震性能降低。对于计算软件的理解和把握能力不足，造成整个计算过程不够严谨，实际计算与分析成果不够合理。

2.3 规划布局不够严谨

在高层建筑结构设计中，大都会采用钢筋混凝土作为主要材料，以保障高层建筑结构的安全和稳定性能。通过保证结构布置科学合理、结构传力体系清晰明确，以保障高层建筑结构的抗震性能。

然而就目前短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用来看，普遍存在总体布局和规划不合理，导致结构存在不对称、重心不稳、传力不明确等问题。过量应用短肢剪力墙结构，也可能导致高层建筑结构刚度偏大而抗震性能偏弱的情况[5]。

2.4 设计方案尚需优化

尽管短肢剪力墙结构比普通的剪力墙在经济效益方面优势显著，然而由于结构工程设计师在实际设计工作中，由于工作周期太短、设计理念太保守等因素，导致其设计过程中对于工程经济指标的控制不严，导致资源浪费、经济效益未能落实等问题。有鉴于此，在今后的短肢剪力墙结构设计中对于方案的优化还是极为必要的。

3 短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的应用策略

3.1 抗震性能分析

在高层建筑结构设计中，一旦在端部或边缘部位设置了短肢剪力墙结构，那么就使得整个高层建筑结构不可避免地产生了抗震性能短板，因此在这方面有必要提高认识、加强重视。如对于一字形的短肢剪力墙结构，就要重视其連梁设计的构造措施优化，以及短肢剪力墙结构截面宽度的指标控制[6]。与此同时，在短肢剪力墙结构中对于含钢量和轴压比的控制都是极为重要的，只有做好了这些工作，才能有效减轻短肢剪力墙结构的水平应力，从而避免建筑出现结构破损。

3.2 总体布局分析

短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的总体布局必须全面考虑项目特点，尽量保证结构均匀对称，限制墙肢的轴向受力。在竖向设计方面，原则上要确保短肢剪力墙结构上下一致，如果对截面宽度的设计存在竖向变化，要注意其自下而上均匀降低[7]。此外，要加强连梁的设计优化和构造措施，杜绝墙洞的错位设计。就短肢剪力墙结构的截面宽度而言，也要综合考虑，既要保证结构的安全稳定，也不能忽视降低结构自重、提高经济效益。

3.3 设计参数分析

为确保参数设置和计算分析的科学合理，结构工程设计师们应当学习和掌握新时代的信息技术，通过充分地整体计算和分析。例如通过应用TAT和SATWE这两款软件，甚至再加上其他软件同步计算，并通过数据的对比分析，最终得出更科学的设计参数和更严谨的设计成果[8]。

3.4 墙洞设计分析

首先，要对墙洞的空间位置进行科学布置，并通过合理的标准进行细化设计。只有确定好了墙洞的位置，才能保障短肢剪力墙结构设置的合理性。期间还需注意墙洞的间距，按照项目的实际情况来设计合适的间距。

其次，在短肢剪力墙结构设计过程中，对于墙洞的叠合有时会出现错位，一旦发现这种情况，必须予以重视，尽量避免出现结构不规则和结构复杂的状况，必要时可以通过设置轻质填充墙甚至重新设计短肢剪力墙结构的方式来进行纠偏[9]。

最后，BIM技术的应用对于短肢剪力墙结构的墙洞设计而言也是非常必要的，先进的新技术应用能够对高层建筑结构设计带来很大的帮助。

3.5 轴压比控制分析

在高层建筑结构设计中，短肢剪力墙结构的轴压比控制是非常重要和必要的。相关研究发现，如果短肢剪力墙结构受压过大，其钢筋混凝土结构就会因为轴压比太大以及其他各项不利情况的负面影响，甚至达到极限压应变，使得高层建筑结构的承载与变形性能都大大降低[10]。由此可见，在短肢剪力墙结构设计中，对轴压比控制必须予以极度关注。

3.6 总结

本文对某高层建筑结构设计中的短肢剪力墙进行分析，研究墙肢厚度对于高层建筑结构特性和安全性的影响。设置墙肢厚度分别为0.2 m、0.225 m、0.25 m、0.275 m、0.3 m的5种方案，通过计算分析得出其墙肢轴压比的变化趋势如图1所示。

从图1中可以看出，对于同一种方案，随着楼层越高，其轴压比逐渐减小，每个楼层比其下一层的轴压比减小约0.03左右。其中，对于墙肢厚度为0.2 m的方案，其第一层、第二层的轴压比超出了规范要求的限值0.6，表明该方案不满足设计规范要求。而对于其他四种方案，虽然都满足设计规范要求，但是还需从经济和安全两方面进行综合考虑，作出取舍，从而最终选定最优的方案。

4 结束语

虽然高层建筑结构设计中，对于短肢剪力墙的研究和应用已经越来越深入、越来越广泛，然而在许多实际工程项目的设计应用中还是会有一些较为普遍的通病和难题，这对于现代结构工程设计师也是提出了新的要求和挑战。因此结构工程设计师们应当持续加强理论学习，不断提升设计水平，对于新时代的科学技术和软件应用要加深理解和把握，尤其是对于短肢剪力墙在高层建筑结构中的抗震性能、总体布局、设计参数、墙洞设计、轴压比控制等方面都做到尽善尽美，从而才能交出安全可靠、经济合理的设计成果。

参考文献

[1] 皮泽坤，阮大为.高层建筑结构中短肢剪力墙的设计和发展[J].中国科技信息，2021（5）：70-71.

[2] 刘振杰.高层住宅剪力墙结构优化设计及其抗震性能分析与研究[D].青岛：青岛理工大学，2021.

[3] 戚金红.高层住宅工程短肢剪力墙的施工工艺探索[J].房地产世界，2021（1）：76-78.

[4] 冯寅和.小高层建筑结构中短肢剪力墙的设计要点[J].科技创新与应用，2020（36）：33-34.

[5] 冯金蕊，李青宁，韩奇峰.短肢剪力墙结构体系在高层建筑中的应用[J].四川建筑，2009，29（5）：108-109+111.

[6] 冯远亮.框架-剪力墙结构在平面不规则超高层住宅的应用研究：以某平面为蝶形细腰超高层住宅为例[D].广州：华南理工大学，2021.

[7] 陈炜.高层结构设计中短肢剪力墙的运用[J].工程建设与设计，2023（4）：19-21.

[8] 王明明，张金良.浅谈短肢剪力墙结构高层住宅抗震设计[J].绿色环保建材，2019（7）：71-72.

[9] 郑卫.高层建筑短肢剪力墙结构设计探讨.[J].工业建筑，2011， 41（S1）：236-239.

[10] 耿长春.短肢剪力墙结构体系在小高层住宅设计中运用探讨[J].建筑技术开发，2019，46（1）：16-17.