楊小奇

摘 要：在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于短肢剪力墻的研究已經(jīng)越來(lái)越深入，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，然而在許多實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)用中還是會(huì)有一些較為普遍的通病和難題，對(duì)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師也是提出了新的要求和挑戰(zhàn)。對(duì)短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用特點(diǎn)、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和存在問(wèn)題進(jìn)行深入分析，并從抗震性能、總體布局、設(shè)計(jì)參數(shù)、墻洞設(shè)計(jì)、軸壓比控制等方面對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效策略進(jìn)行研究，旨在為高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考，為高層建筑建設(shè)添磚加瓦。

關(guān)鍵詞：短肢剪力墻；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU973.16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）05-0043-03

0 引言

近年來(lái)，短肢剪力墻技術(shù)成為高層建筑工程建設(shè)中的一項(xiàng)至關(guān)重要的內(nèi)容。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中逐漸增加了對(duì)這項(xiàng)工作的重視，開(kāi)展短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)是按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則，有效規(guī)避當(dāng)前普遍存在的一些應(yīng)用問(wèn)題。與此同時(shí)，強(qiáng)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略，為短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的施工應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

有鑒于此，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)工作至關(guān)重要，順利開(kāi)展此項(xiàng)工作，能為工程建設(shè)質(zhì)量提供保障，同時(shí)能為高層建筑的使用功能優(yōu)化和抗震性能強(qiáng)化提供可靠支持。

1 短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用概述

1.1 短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用特點(diǎn)

首先，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用短肢剪力墻能更有效地節(jié)省空間，能夠有效規(guī)避平面總體布局中建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)的一些沖突，從而滿足不同高層建筑的個(gè)性化使用功能，提升建設(shè)單位的經(jīng)濟(jì)效益和客戶的使用體驗(yàn)。

其次，通過(guò)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可以給予建筑設(shè)計(jì)師更大的設(shè)計(jì)空間，便于科學(xué)、靈活地對(duì)平面布置方案進(jìn)行比選和優(yōu)化，通過(guò)各種個(gè)性化地布局來(lái)滿足客戶的各項(xiàng)特別需求，保障建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

再次，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算與異形柱較為相似，其往往存在典型的反彎點(diǎn)，使得該處的軸向應(yīng)力和剪應(yīng)力會(huì)比較大。所以在其設(shè)計(jì)計(jì)算中要對(duì)各種工況中的極限狀態(tài)較為敏感，尤其是不能忽視偏心抗拉、偏心抗壓、軸心抗壓、斜截面抗剪以及集中力造成的局部抗壓等多項(xiàng)驗(yàn)算[1]，必須采用一整套科學(xué)的構(gòu)造設(shè)計(jì)措施來(lái)保證其抗震性能。

從次，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠降低剪力墻結(jié)構(gòu)的工程量，但會(huì)影響建筑的抗震性能，尤其是抗震性能驗(yàn)算中，對(duì)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的翹曲變形較為敏感。因此要在平面布局中，盡量避免或減少在端部和邊緣部位設(shè)置短肢剪力墻，實(shí)在無(wú)法避免的情況下，也要設(shè)置足夠可靠的構(gòu)造措施。

最后，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的工程量相對(duì)較小，在滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，其鋼筋混凝土用量相對(duì)較少，經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性較為明顯。

1.2 短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

首先，由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的截面寬度以及高度相對(duì)較大，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，因此與普通的剪力墻結(jié)構(gòu)相比，在建筑材料應(yīng)用方面具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

其次，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的自振周期相對(duì)較大，因此剛度也明顯較大，抗側(cè)移等方面的抗震性能較為優(yōu)越。

再次，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布局設(shè)置方面靈活度高，對(duì)于高層建筑使用功能的個(gè)性化需求較為有利，且由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)之間只需要采用輕質(zhì)材料砌筑的隔墻予以填充，對(duì)于降低高層建筑結(jié)構(gòu)自重、提高結(jié)構(gòu)承載能力和抗震性能均能帶來(lái)有利影響。

最后，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中可以通過(guò)連梁設(shè)計(jì)，為整體結(jié)構(gòu)提供塑性鉸[2]，從而為高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震減傷帶來(lái)有效幫助。

2 短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 短肢剪力墻存在過(guò)度使用的情況

短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的缺陷和短板也是較為明顯的，尤其是在一些不合適的部位設(shè)置短肢剪力墻，將給整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能帶來(lái)極大的隱患。然而在許多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)師們往往片面地考慮空間美感和個(gè)性化設(shè)計(jì)，過(guò)度應(yīng)用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)[3]，沒(méi)有對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的整體性能進(jìn)行全面考慮，毫不限制短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用部位和應(yīng)用數(shù)量，從而留下了抗震性能瑕疵和安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 數(shù)據(jù)分析和計(jì)算的科學(xué)合理性有待提高

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須依靠合理的數(shù)據(jù)和資料支持，以及相關(guān)軟件的技術(shù)支撐。然而當(dāng)前在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用較為廣泛的就是TAT與SATWE這兩款計(jì)算軟件[4]，它們的計(jì)算方式與側(cè)重點(diǎn)也是各有千秋。在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，若不重視項(xiàng)目的實(shí)際需求和不同計(jì)算軟件的差異化，就會(huì)造成高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從總體上不夠科學(xué)。例如對(duì)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的截面寬度以及高度等各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置不合理，從而導(dǎo)致整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性受限，抗震性能降低。對(duì)于計(jì)算軟件的理解和把握能力不足，造成整個(gè)計(jì)算過(guò)程不夠嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)際計(jì)算與分析成果不夠合理。

2.3 規(guī)劃布局不夠嚴(yán)謹(jǐn)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大都會(huì)采用鋼筋混凝土作為主要材料，以保障高層建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性能。通過(guò)保證結(jié)構(gòu)布置科學(xué)合理、結(jié)構(gòu)傳力體系清晰明確，以保障高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

然而就目前短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用來(lái)看，普遍存在總體布局和規(guī)劃不合理，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)存在不對(duì)稱、重心不穩(wěn)、傳力不明確等問(wèn)題。過(guò)量應(yīng)用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，也可能導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)剛度偏大而抗震性能偏弱的情況[5]。

2.4 設(shè)計(jì)方案尚需優(yōu)化

盡管短肢剪力墻結(jié)構(gòu)比普通的剪力墻在經(jīng)濟(jì)效益方面優(yōu)勢(shì)顯著，然而由于結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，由于工作周期太短、設(shè)計(jì)理念太保守等因素，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)于工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的控制不嚴(yán)，導(dǎo)致資源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)效益未能落實(shí)等問(wèn)題。有鑒于此，在今后的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)于方案的優(yōu)化還是極為必要的。

3 短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

3.1 抗震性能分析

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一旦在端部或邊緣部位設(shè)置了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，那么就使得整個(gè)高層建筑結(jié)構(gòu)不可避免地產(chǎn)生了抗震性能短板，因此在這方面有必要提高認(rèn)識(shí)、加強(qiáng)重視。如對(duì)于一字形的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，就要重視其連梁設(shè)計(jì)的構(gòu)造措施優(yōu)化，以及短肢剪力墻結(jié)構(gòu)截面寬度的指標(biāo)控制[6]。與此同時(shí)，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中對(duì)于含鋼量和軸壓比的控制都是極為重要的，只有做好了這些工作，才能有效減輕短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的水平應(yīng)力，從而避免建筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破損。

3.2 總體布局分析

短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的總體布局必須全面考慮項(xiàng)目特點(diǎn)，盡量保證結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ，限制墻肢的軸向受力。在豎向設(shè)計(jì)方面，原則上要確保短肢剪力墻結(jié)構(gòu)上下一致，如果對(duì)截面寬度的設(shè)計(jì)存在豎向變化，要注意其自下而上均勻降低[7]。此外，要加強(qiáng)連梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化和構(gòu)造措施，杜絕墻洞的錯(cuò)位設(shè)計(jì)。就短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的截面寬度而言，也要綜合考慮，既要保證結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，也不能忽視降低結(jié)構(gòu)自重、提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)分析

為確保參數(shù)設(shè)置和計(jì)算分析的科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)和掌握新時(shí)代的信息技術(shù)，通過(guò)充分地整體計(jì)算和分析。例如通過(guò)應(yīng)用TAT和SATWE這兩款軟件，甚至再加上其他軟件同步計(jì)算，并通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，最終得出更科學(xué)的設(shè)計(jì)參數(shù)和更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)成果[8]。

3.4 墻洞設(shè)計(jì)分析

首先，要對(duì)墻洞的空間位置進(jìn)行科學(xué)布置，并通過(guò)合理的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。只有確定好了墻洞的位置，才能保障短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)置的合理性。期間還需注意墻洞的間距，按照項(xiàng)目的實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)合適的間距。

其次，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于墻洞的疊合有時(shí)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位，一旦發(fā)現(xiàn)這種情況，必須予以重視，盡量避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不規(guī)則和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的狀況，必要時(shí)可以通過(guò)設(shè)置輕質(zhì)填充墻甚至重新設(shè)計(jì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的方式來(lái)進(jìn)行糾偏[9]。

最后，BIM技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的墻洞設(shè)計(jì)而言也是非常必要的，先進(jìn)的新技術(shù)應(yīng)用能夠?qū)Ω邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的幫助。

3.5 軸壓比控制分析

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的軸壓比控制是非常重要和必要的。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，如果短肢剪力墻結(jié)構(gòu)受壓過(guò)大，其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)因?yàn)檩S壓比太大以及其他各項(xiàng)不利情況的負(fù)面影響，甚至達(dá)到極限壓應(yīng)變，使得高層建筑結(jié)構(gòu)的承載與變形性能都大大降低[10]。由此可見(jiàn)，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)軸壓比控制必須予以極度關(guān)注。

3.6 總結(jié)

本文對(duì)某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的短肢剪力墻進(jìn)行分析，研究墻肢厚度對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)特性和安全性的影響。設(shè)置墻肢厚度分別為0.2 m、0.225 m、0.25 m、0.275 m、0.3 m的5種方案，通過(guò)計(jì)算分析得出其墻肢軸壓比的變化趨勢(shì)如圖1所示。

從圖1中可以看出，對(duì)于同一種方案，隨著樓層越高，其軸壓比逐漸減小，每個(gè)樓層比其下一層的軸壓比減小約0.03左右。其中，對(duì)于墻肢厚度為0.2 m的方案，其第一層、第二層的軸壓比超出了規(guī)范要求的限值0.6，表明該方案不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。而對(duì)于其他四種方案，雖然都滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但是還需從經(jīng)濟(jì)和安全兩方面進(jìn)行綜合考慮，作出取舍，從而最終選定最優(yōu)的方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于短肢剪力墻的研究和應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越深入、越來(lái)越廣泛，然而在許多實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)用中還是會(huì)有一些較為普遍的通病和難題，這對(duì)于現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師也是提出了新的要求和挑戰(zhàn)。因此結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)持續(xù)加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，不斷提升設(shè)計(jì)水平，對(duì)于新時(shí)代的科學(xué)技術(shù)和軟件應(yīng)用要加深理解和把握，尤其是對(duì)于短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗震性能、總體布局、設(shè)計(jì)參數(shù)、墻洞設(shè)計(jì)、軸壓比控制等方面都做到盡善盡美，從而才能交出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)成果。

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