羅　西（四川中恒工程設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南分公司，湖南長(zhǎng)沙410000）

高層房屋短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

羅西（四川中恒工程設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南分公司，湖南長(zhǎng)沙410000）

在高層房屋建設(shè)中應(yīng)用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能解決傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)對(duì)空間要求嚴(yán)格、露梁等問題，并且可以降低結(jié)構(gòu)自重，實(shí)現(xiàn)住宅空間的靈活分割?；诖?，本文主要對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的基本概述以及短肢剪力墻在高層房屋結(jié)構(gòu)中的重要性進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并就簡(jiǎn)單的工程案例分析了高層房屋短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體應(yīng)用，以供相關(guān)人員參考。

高層房屋；短肢剪力墻；設(shè)計(jì)分析

1　引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的建筑形式已經(jīng)難以與人們的生活和工作的需求相滿足，而高層房屋建筑業(yè)就成為了建筑行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用到高層房屋中來能夠有效確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高施工質(zhì)量，因此加強(qiáng)對(duì)其研究分析有著十分重要的意義。

2　短肢剪力墻在高層短肢剪力結(jié)構(gòu)中的重要性

2.1靈活性

短肢剪力墻具有較強(qiáng)的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際的建筑平面情況來對(duì)短肢剪力墻進(jìn)行空間布置，通過對(duì)其數(shù)量、長(zhǎng)度、位置等方面的調(diào)整來最大限度地滿足建筑物的設(shè)計(jì)要求。

2.2可協(xié)調(diào)性

短肢剪力墻具有較強(qiáng)的協(xié)調(diào)性，可以與建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)墻肢和墻體厚度進(jìn)行統(tǒng)一，確保各個(gè)墻體在同一垂直面內(nèi)。

2.3應(yīng)用性

在高層房屋應(yīng)用短肢剪力墻時(shí)，能夠根據(jù)墻體的實(shí)際數(shù)量，以及墻肢的長(zhǎng)度，及時(shí)的對(duì)墻肢的側(cè)向剛度進(jìn)行調(diào)整，確保抗側(cè)力符合工程的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，將柱梁墻布置在同一垂直平面內(nèi)時(shí)，能夠進(jìn)一步增加柱梁的隱蔽性，增大室內(nèi)的空間，防止墻柱出現(xiàn)外凸，滿足建筑物內(nèi)部的美觀與舒適性要求。

3　高層房屋短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1工程案例

某工程高層房屋的建筑總面積為7932m2，標(biāo)準(zhǔn)層的建筑面積為475m2，建筑縱向長(zhǎng)度為23.20m，橫向長(zhǎng)度為24.20m，層數(shù)為16層，建筑總高度為50.4m，外墻、分戶墻、梯間墻使用200mm的加氣混凝土輕質(zhì)磚，其余為100mm厚加氣混凝土輕質(zhì)磚墻，采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，標(biāo)準(zhǔn)層如圖1所示。

圖1　標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖

3.2對(duì)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.2.1結(jié)構(gòu)選擇

按照相關(guān)要求，柱和梁都不允許在房間出現(xiàn)。本工程給出了兩個(gè)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行選擇，即異形柱框架結(jié)構(gòu)以及短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。因?yàn)楦鞣N原因排除了異形柱框架結(jié)構(gòu)方案。然后初步對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了估算，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的軸壓比、扭轉(zhuǎn)以及側(cè)移等條件均能達(dá)到相關(guān)規(guī)定，因此最終選擇了短肢剪力墻方案。

3.2.2結(jié)構(gòu)布置

該工程中在剪力墻方面的結(jié)構(gòu)布置需滿足以下條件：保證建筑結(jié)構(gòu)的承載力、降低扭轉(zhuǎn)、控制相關(guān)的結(jié)構(gòu)變形以及對(duì)軸壓比的控制等綜合指標(biāo)控制。具體結(jié)構(gòu)布置的控制措施如下：

（1）結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行施工

按照相關(guān)建筑方面的技術(shù)要求，高層房屋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不能全面采用短肢剪力墻構(gòu)造，應(yīng)該在樓梯間的位置適當(dāng)布置長(zhǎng)剪力墻結(jié)構(gòu)，同時(shí)將電梯間與建筑進(jìn)行結(jié)合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。其他部位按照小開間構(gòu)造進(jìn)行相關(guān)的剪力墻布置，針對(duì)內(nèi)外墻的結(jié)合位置采用短肢剪力墻布置。為了保證短肢剪力墻在建筑中的隱蔽性，按照相關(guān)要求的設(shè)計(jì)形狀進(jìn)行短肢剪力墻的具體布置。

（2）科學(xué)布置水平抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

為了能夠科學(xué)地進(jìn)行水平抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置，要將軸線的水平抗側(cè)構(gòu)件布置合理，從而降低結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生。進(jìn)行剪力墻的布置時(shí)應(yīng)采用合理的程序，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)分析，同時(shí)按照分析結(jié)果對(duì)軸線上的墻肢的具體長(zhǎng)度進(jìn)行合理調(diào)整，從而使建筑的剛度中心和質(zhì)量中心的偏差最小。按照相關(guān)的建筑技術(shù)行業(yè)規(guī)程，對(duì)建筑在地震等特殊狀態(tài)下的偶然性偏心以及相關(guān)的移位進(jìn)行控制。同時(shí)有效的限制高層建筑的最高高度。

（3）控制好剪力墻的軸壓比

該工程在抗震等級(jí)為Ⅳ級(jí)，經(jīng)實(shí)踐研究表明，該工程中短肢剪力墻的相關(guān)軸壓比應(yīng)控制在0.7以下，將一字型的短肢剪力墻的軸壓比應(yīng)控制在0.6以下。剪力墻的肢長(zhǎng)必須滿足相關(guān)的技術(shù)要求，而且應(yīng)兼顧相關(guān)的門窗洞口的實(shí)際需要。同時(shí)對(duì)剪力墻的外墻、內(nèi)墻厚度以及下墻肢加厚進(jìn)行了明確。

（4）正確使用混凝土材料

為了保持在豎向剛度的連續(xù)性，對(duì)相關(guān)樓層的混凝土剛度進(jìn)行了明確規(guī)定，即4層以下使用C40混凝土，5～8層使用C35混凝土，9層以上使用C30混凝土，樓板和梁體使用C25混凝土，豎直方向上剪力墻截面保持不變。

（5）嚴(yán)格遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)

該建筑的內(nèi)墻以及外墻的截面厚度按照相關(guān)要求執(zhí)行，初步?jīng)Q定梁的高度按照設(shè)計(jì)跨度的1/10進(jìn)行設(shè)計(jì)。為保證建筑結(jié)構(gòu)的達(dá)到相關(guān)要求，應(yīng)合理設(shè)計(jì)剪力墻的數(shù)量。若布置的剪力墻數(shù)量太少，則結(jié)構(gòu)的剛性不足；若布置得過于密集，則不但提高了地震力而且會(huì)造成建筑成本的增加。應(yīng)參考相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行具體的剪力墻設(shè)計(jì)布置。

（6）做好數(shù)據(jù)分析工作

在該工程的建造設(shè)計(jì)中，使用的SATWE分析軟件，其主要是為取得高層房屋結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)分析取得較為科學(xué)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)而開發(fā)的，該軟件能夠完成較為復(fù)雜的高層混凝土結(jié)構(gòu)體系中的計(jì)算。該軟件根據(jù)殼元理論為依據(jù)，科學(xué)的對(duì)剪力墻的剛度進(jìn)行模擬與計(jì)算。具體結(jié)構(gòu)在受到相關(guān)風(fēng)荷載以及地震作用時(shí)的位移見圖2。

由圖2能夠清楚的看出建筑在地震力以及風(fēng)荷載的作用下對(duì)結(jié)構(gòu)變形的具體程度。參考壁率指標(biāo)，通過相關(guān)的移位計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)移位現(xiàn)象的控制具有較好的作用。

4　短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

4.1嚴(yán)格控制短肢墻的軸壓比

圖2　結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下的位移圖

要對(duì)短肢墻的軸壓比進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是無端柱或無翼緣式的短肢剪力墻。當(dāng)剪力墻在承受壓彎作用時(shí)處于小偏壓狀態(tài)，則墻的延伸性較差。如果軸壓比較大，那么混凝土受壓區(qū)在邊沿位置的應(yīng)力就會(huì)非常高，這時(shí)若混凝土邊緣約束力不足，就會(huì)出現(xiàn)縱向裂縫等不良后果，最終使構(gòu)件喪失相關(guān)基本能力。所以，短肢墻的軸壓比應(yīng)在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)就嚴(yán)格控制，從而保證地震發(fā)生時(shí)短肢墻有足夠的延性，不至于發(fā)生脆性破壞。

4.2正確計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的基本特性

所謂“短肢”是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，首先要明確短肢剪力墻屬于剪力墻的一種，其計(jì)算與配筋方式和構(gòu)造要求基本與剪力墻結(jié)構(gòu)相同。在進(jìn)行桿件內(nèi)力計(jì)算以及結(jié)構(gòu)方面的相關(guān)動(dòng)力特性分析時(shí)，要求采用三維計(jì)算方法。在豎向構(gòu)件分為薄壁桿模型和墻元模型兩種，薄壁桿模型是一種精確度較低的簡(jiǎn)化模型；而墻元模型則是一種高精度力學(xué)模型。

4.3做好墻肢的分布設(shè)計(jì)

在滿足軸壓比的前提下盡可能的均勻的分布設(shè)計(jì)各墻肢，確保墻體剛度中心和建筑物的形心最大限度的接近；在抗震設(shè)計(jì)方面應(yīng)按照相關(guān)的規(guī)范要求嚴(yán)格執(zhí)行。同時(shí)要將鋼筋的空間分布設(shè)計(jì)布置合理，避免為鋼筋下料時(shí)帶來不便。另外，還需要高度重視相鄰樓層之間側(cè)向剛度比的設(shè)計(jì)。

4.4分析結(jié)構(gòu)體系

由于短肢剪力墻的抗震薄弱部分在建筑邊緣以及角點(diǎn)的墻肢，最應(yīng)防控的是因翹曲變形的一字型狀況，這種狀況最易形成相連梁的首先開裂。所以，應(yīng)在相關(guān)設(shè)計(jì)中提高應(yīng)對(duì)措施：對(duì)外緣角點(diǎn)的短肢剪力墻增加各種鋼筋用量，減少軸壓比，從而保證相關(guān)剪力墻的結(jié)構(gòu)抗震性能。

5　結(jié)語

總而言之，將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)廣泛的應(yīng)用在高層房屋建筑中相比于傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)更具靈活性以及整潔性，能夠有效滿足人們對(duì)于室內(nèi)空間的需求，而短肢剪力墻抗震性能相對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)較差，因此，在對(duì)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)建筑物的實(shí)際情況來進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，并充分融入相關(guān)的抗震理念，使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提高，滿足了人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯男枨蟮耐瑫r(shí)，使得建筑行業(yè)得到進(jìn)一步的發(fā)展。

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TU398.2

A

2095-2066（2016）31-0149-02

2016-9-20

羅 西（1982-），男，工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。