高层居民建筑短肢结构墙结构设计的浅述

王旭

摘 要：对于从事高层结构设计的工程师来说，必须能够吸收当代高层建筑结构设计的一些成功经验，并把结构的经济性、合理性与结构抗震的安全性等诸多因素加以统筹考虑，才能很好的与建筑师配合并设计出经济合理的高层建筑结构体系。

关键词：短肢结构墙；结构；设计

中图分类号：S611文献标识码： A

一、短肢结构墙结构

短肢结构墙结构的概念：①短肢结构墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的结构墙；②高层建筑结构不应采用全部短肢结构墙的结构墙结构；③短肢结构墙较多时，应布置筒体（或一般结构墙），形成短肢结构墙与筒体（或一般结构墙）共同抵抗水平力的结构墙结构。

短肢结构墙结构的必要条件：抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%。

短肢结构墙结构的下限：当短肢墙较少时，如短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%～ 40%，则可以按普通结构墙结构设计。下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。如果在结构墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成短肢结构墙结构而应作为一般结构墙结构处理。

二、 短肢结构墙结构设计

短肢结构墙结构，其首先应是全结构墙结构。短肢结构墙结构中，应有足够的长肢结构墙。

如果把短肢墙看成异形柱，则短肢结构墙结构可以认为呈框剪结构的变形特征。当结构形式符合短肢结构墙结构形式后，才能在软件“总信息”参数的结构体系中，定义结构为“短肢结构墙结构”。

当采用壳元模型时，应加细单元的划分。

短肢结构墙结构有时用薄壁杆元（TAT）可能更合适。因短肢墙的模型更符合薄壁杆元模型，采用壳元则有单元划分不细的问题。

短肢墙：轴压比（按结构墙）、刚度（墙输入、采用壳元或薄壁杆元）、配筋（按结构墙）、构造（按高规的短肢墙构造）。

弱短肢结构墙（截面高厚之比小于5的墙肢）：高规7.2.5条文规定了不宜采用墙肢截面高度与厚度之比小于为5的结构墙；当其小于5时，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一级（9度）、一级（7、8度）、二级、三级时分别不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。

短墙（截面高度之比不大于3的墙肢）：高规7.2.5条文和抗震规范6.4.9条文规定结构墙的截面高度与厚度之比不大于3时，应按柱的要求进行设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%，其它部位不应小于1.0%，箍筋应沿全高加密。

三、工程实例分析

某工程属于复杂高层建筑结构中带转换层的结构类型, 转换层在首层，因为首层商业功能的需要，上部需要转换的墙肢比较多。底部加强部位剪力墙及框支柱抗震等级为二级，底部加强部位以上标准层剪力墙抗震等级为三级，短肢剪力墙抗震等级为二级。

1 钢筋混凝土剪力墙住宅结构设计

墙肢结构设计按照抗震设计要求，结合建筑平面布置在窗间墙及房间四角等布置成L 形、T 形或十字形短肢剪力墙和一般剪力墙。短肢剪力墙结构抗侧移刚度主要取决于各墙肢刚度以及墙肢总量，墙肢太短或墙壁率太小，则结构刚度小，水平地震作用下位移偏大，影响承载力、稳定性和正常使用。反之，结构刚度偏大,地震作用大，构件配筋增大甚至超筋，形成浪费。抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。短肢剪力墙抗震等级比一般剪力墙抗震等级提高一级采用。其轴压比不大于0.6。

2本工程实例结构构件设计及构造措施

2.1 梁、板的设计

本工程梁、板受力均按线弹性方法计算，考虑活荷载不利布置，与土壤接触的梁、板按计算弯矩、剪力及0.2mm 裂缝宽度共同控制配筋，其余楼板按照计算弯矩、剪力及0.3mm裂缝宽度共同控制配筋，地下室为超长结构，除设置了后浇带外，其梁、板同时考虑了温度应力的作用。楼板厚度主要设计为l00mm 厚，对大跨度楼板根据跨度加厚楼板至120m--150rm， 对6.0×6.0m 间隔的大板，在板面无负筋的区域另加φ8@200 双向钢筋网与板负筋搭接连结。首层（转换层）顶板设计为180m 厚，转换层上部第一个标准层楼板设计为120mm，其余层电梯前室因为结构加强及预埋线管的原因，楼板厚度设计为150mm，屋顶楼板为120mm，这几处均做了重点加强，采用双层双向配筋。梁的配筋率控制在0.45％~2.2％之间，对剪力墙开洞形成的跨高比小于5 的梁按连梁设计，当跨高比大于等于5 时，按框架梁进行设计。为减少梁、板结构因混凝土水化热而产生的温度裂缝，采用梁、板的混凝土强度等级低于柱、剪力墙混凝土强度等级1 2 个级别，这样既减少了温度裂缝又节省了混凝土造价，同时构造配筋也减小了，降低了含钢量，取得了一举多得的效果。

2.2 短肢剪力墙设计

短肢剪力墙在二至四层为转换层上部的加强部位，抗震等级按提高一级做加强处理措施，墙厚加厚至250mm~300mm，轴压比控制在0.5 以下，对约束边缘构件及墙身的配筋做了一定的加强。四层以上按抗震等级三级短肢剪力墙要求设计，墙厚减薄至200mm-250mm，轴压比控制在0.6 以下，其构造边缘构件纵筋按0．8％控制，箍筋的配箍特征值按0.1 控制。为了增加结构整体扭转刚度，减少扭转变形，对角窗部位的剪力墙及边缘构件也做了特别的加强。

2.3 框支框架、框支剪力墙设计通过计算分析结果发现，框支柱顶及框支梁均出现较严重的应力集中现象，说明此处最容易破坏，需要加强。框支柱、梁截面配筋设计时比较TAT 分析结果和SATWE 分析结果，偏安全地取大值。框支柱、框支梁的抗震等级均提高至二级，本着“强剪弱弯" 的原则，所有框支梁均采用φ12@100 四肢箍全长加密。为实现“强柱弱梁，更强节点”的抗震设计目标，按二级抗震要求验算框架节点。转换层之上的三层剪力墙，由于结构刚度突变，引起内力集中，墙肢和连梁配筋以SATWE 和TAT 较大的计算结果做为设计依据，并适当放大加强。

2.4.刚度比控制

建筑物的质量主要集中于楼层外，大多数时候，整个结构的动力分析可视为一连串竖向质点的水平振动。剪切刚度比的实际意义在于表达楼层抗侧刚度的比值，只是为了工程验算方便，才在规范中采用了简化的计算方式。2008 版的建筑抗震设计规范中规定，“矩形平面的部分框支抗震结构，其框支层的楼层侧向刚度不应小于相邻非框支楼层侧向刚度的50%”。楼层侧向刚度的计算较为复杂，需要考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合效应。对于体型较为复杂的结构，由于存在各杆之间的协同作用以及平面内的扭转，计算侧向刚度已必须借助电算，考虑空间协同作用。而纵观目前常用的各设计软件，还未见到有侧向刚度数据直接输出。

结束语

随着人们对居民建筑，特别是高层居民建筑平面与空间的要求越来越高，以前普通框架结构的露梁露柱、普通结构墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对居民建筑空间的要求。所以在原有结构墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的居民建筑观念的高层居民建筑结构型式，即“短肢结构墙结构”和“异形柱框架结构”型式。这两种新的结构由于在很大程度上克服了普通框架与普通结构墙结构的缺点，受到了建筑师的肯定，更得到了住户与开发商的青睐。对于十二～十六层的小高层建筑结构，采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理。所以短肢结构墙结构得以普遍应用。短肢结构墙的受力、变形特征，类似以框剪结构。但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。

参考文献：

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[2]刘礼联.小高层住宅短肢剪力墙结构设计优化措施分析探讨[J].中外建筑， 2010年5期

[3]王长青.试析建筑工程中短肢剪力墙的结构设计[J].中国城市经济，2011年6期