短肢剪力墙在高层结构中的应用探讨

李 青

(中国核电工程有限公司郑州分公司，河南 郑州 450052)



短肢剪力墙在高层结构中的应用探讨

李 青

(中国核电工程有限公司郑州分公司，河南 郑州 450052)

通过分析短肢剪力墙的特点，阐述了高层建筑短肢剪力墙结构构件布置的一般原则，并对短肢剪力墙结构设计中的注意事项进行了探讨，包括轴压比控制、连梁刚度设置、抗震设计等，以最大程度地满足建筑的使用功能和室内美观的要求。

高层建筑，短肢剪力墙，结构形式，布置

剪力墙结构具有刚性强、整体性好、稳定性良好等主要特点，也正是因为这些因素使其具有刚度好、抗震、抗风能力强的优点。除此之外，剪力墙结构整体布置形式比较简单，能够很好的满足建筑对室内空间的使用要求，满足其工作优势。

1 短肢剪力墙的特点

近年来，高层建筑大量兴建，钢筋混凝土短肢剪力墙得到广泛的应用并积累了大量的实践经验。《高层建筑混凝土结构技术规程》7.1.8条：短肢剪力墙是指截面厚度不大于300 mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。与普通剪力墙结构体系相比，短肢剪力墙结构体系有以下显著的特点：1)平面布置较灵活，结构的开洞尺寸也更为灵活，更容易满足建筑功能的要求，建筑使用上不仅可以更大的发挥空间使用效率和观感效果，也可以使门窗的布置有更大的空间自由度。2)结构自重轻，抗侧力刚度较小，因此受地震影响较弱，地震力带来的内力作用更小；短肢剪力墙结构特别适用于15层～25层的高层住宅，而且相对于普通剪力墙结构体系更加经济。3)短肢剪力墙构件一般为高剪力墙，墙体的破坏形式一般呈弯曲型破坏，连梁跨度、跨高比较大，故连梁也呈弯曲型破坏形式，因此短肢剪力墙结构体系的延性较好。近年来我国高层住宅建筑大量兴建，25层以下的高层住宅建筑采用短肢剪力墙结构形式的数量越来越多。由于JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程规定，建筑整体不得全部采用短肢墙，故通常采用普通剪力墙和短肢剪力墙结合应用以共同抵抗水平力的方式，一般将建筑楼梯间、电梯间部位设置为筒体或类似于筒体的剪力墙布置形式，而其他部位布置短肢墙。

2 高层建筑短肢剪力墙结构构件布置的一般原则

1)短肢剪力墙必须根据建筑立面、平面布置来设置剪力墙，剪力墙构件尽量选用T形、+形、L形、Z形，保证单个承重构件的稳定性和平面外刚度，尽量减少或者避免“一”字形剪力墙构件。剪力墙布置尽量使纵、横方向刚度均匀。2)短肢剪力墙的总体数量要适当，应保证结构刚度在合理区间，满足承载力和刚度的要求，使结构周期、层间位移、位移比、地震底部剪力等各项指标在合理范围内。3)为避免墙肢凸出于隔墙表面，提高室内美观度和使用舒适程度，墙肢不宜过厚，一般应为200 mm，250 mm，300 mm，但从构件的稳定性和便于施工方面考虑，墙肢厚度一般不小于200 mm。当建筑层数较多和高度较大时，底部剪力墙构件的轴压比有可能较大或者超出规定的范围，可根据实际情况在剪力墙的竖向布置上采用变截面，墙厚从下到上逐渐减小。连接各剪力墙构件的框架梁或连梁一般与剪力墙等厚，但当剪力墙较厚时，也可以将梁宽适当减小，但框架梁或连梁梁宽不应小于200 mm。4)剪力墙平面布置时，应尽量使剪力墙拉直、相近的墙肢对齐，使之形成联肢墙抗侧力结构，联肢墙在建筑条件允许的情况下应布置的尽量纵横均匀。在有条件的情况下，局部相近的剪力墙宜形成局部筒体的形式，以增强结构的整体性。5)填充墙、构造柱、圈梁、腰梁等二次结构构件与剪力墙、梁之间用拉接筋拉接以保证填充墙与结构构件的连接强度。

3 短肢剪力墙结构设计中的注意事项

1)控制轴压比。高层建筑中的短肢剪力墙，对轴压比的控制应该比普通剪力墙更加严格，特别是端柱、无翼缘的一字形短肢墙。为了确保短肢结构墙的延性，设计时应对短肢结构墙的轴压比进行严格地控制，不应出现超过轴压比限值的剪力墙构件，合理布置结构布局，减少局部墙肢轴压比过大的情况。

2)关键部位剪力墙构件的抗震性能应加强。建筑的角点处、结构外边线处的剪力墙均处在应力集中的区域，在地震时会最先出现塑性区甚至破坏。设计时应充分考虑这些部位墙体的受力特性，并采取必要的加强措施，可提高建筑角点处的短肢剪力墙的抗震等级，减小轴压比限值、增大配箍率和纵向钢筋配筋率，特别重视较小墙肢的抗震承载力等。

3)正确区分框架梁和连梁。对梁构件进行设计时，如果其跨高比不大于3，应按连梁的要求对其进行设计。若跨高比大于5，宜按框架梁进行设计。由于连梁的刚度对结构体系的整体抗侧移刚度影响显著，所以，对于梁截面的选择和配筋都应准确合理，符合结构构件在工作中的实际情况，以此对结构整体抗震性能进行准确的判断和设计。

4)短肢剪力墙结构体系整体的抗震设计。结构体系在整体布置时，应遵循合理的原则，除“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”等基本原则外，应考虑剪力墙的合理布置、框架梁的合理布置。剪力墙布置时应避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙，避免出现明显薄弱区域和应力集中，以保证结构的整体性和可靠度。在建筑外边缘及角点处的墙肢等关键部位的剪力墙构件应适当加强。

5)结构计算中连梁刚度的设置。结构模型数值模拟计算中，应根据连梁所处位置、相邻墙肢承受地震力、“三水准”抗震设防要求中所起的作用等因素，判断连梁在实际工作中对结构体系提供的刚度贡献，适当设置连梁的刚度折减系数。以此使得数值模拟计算结果更加接近结构实际刚度和受力情况，计算结果更加符合结构体系实际情况，结构设计结果更加合理、经济。

随着高层建筑的逐渐发展和人们对住宅使用功能要求的逐步提高，结构设计工作也有了更高的要求。短肢剪力墙结构可以灵活布置，墙肢可长可短可落地也可带转换层，能够更好的实现建筑的使用功能。短肢剪力墙的抗震性能优于异形柱的墙肢结构，更加适合高度在20 m～60 m的住宅建筑。在设计中应根据其特点，合理的布置结构构件，正确运用计算分析方法。短肢剪力墙结构将在高层建筑中有着广阔的发展前景。

4 短肢剪力墙结构的应用实例

某住宅楼，主体结构地上18层地下1层，建筑面积约13 000 m2，平面图见图1。为达到降低成本的目的，结构设计者需要对结构方案进行优化设计，在保证结构体系安全可靠的前提下，降低主体结构含钢量。因此，结构设计者做了以下两个结构方案，通过比较，从中优选出最优方案。

方案一：筒体与短肢剪力墙结合使用。“筒体”是指：以楼梯间、电梯间四周墙体组成钢筋混凝土核心筒。筒体承受主要水平力。

本方案结合建筑平面布置竖向构件，剪力墙的布置与墙肢长度根据数值模拟的计算结果进行多次调整，主要视抗侧力的需要以及轴压比的限值而定，并通过调整剪力墙布置以调整整体刚度和刚度中心的位置；数值模拟计算采用三维有限元分析软件PKPM结构软件。图2，图3是在水平力作用下结构各层的位移角，可见结构的抗侧力性能满足要求。相对于普通剪力墙结构体系，由于减少了剪力墙数量，结构自重降低，整体刚度也适当降低，地震响应减弱，有利于基础设计，同时也降低了工程造价。

方案二：普通剪力墙结构。根据建筑要求和一般原则设置剪力墙，保持结构刚度在平面上分布的均匀性，有条件的尽量使剪力墙对称布置。剪力墙构件通过梁板的连接形成整体抗侧力强度和刚度很高的体系。若房屋高度不大，会因刚度过大使结构的地震反应加剧，导致结构内力增大，使造价提高并且对结构安全不利，并非是理想的方案。数值模拟计算采用PKPM-SATWE结构软件。

通过以上两种方案计算结果的对比发现，在结构受力情况和经济指标两个方面，第一方案均优于第二方案。

[1]徐 敏.谈建筑工程中短肢剪力墙的结构设计.中国新技术新产品，2009(7)：71-72.

[2]贾春伟，艾冬娜.小议建筑短肢剪力墙与异形柱结构的设计分析.黑龙江科技信息,2008(35)：50-51.

[3]刘桂华.短肢剪力墙结构设计存在的几个问题及探讨.科技资讯,2008(5)：93-95.

[4]董海棉.高层建筑短肢剪力墙结构设计.甘肃科技，2009(10)：37-38.

[5]袁国泉.短肢剪力墙在小高层住宅结构设计中的合理应用与把握.

Inquiry on the application of short-leg shear wall in high-rise building structure

Li Qing

(ZhengzhouBranchCompany,ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd,Zhengzhou450052,China)

Through analyzes features of short-leg shear wall, the paper describes general distribution principles of short-leg shear wall structure of high-rise building, and explores some design matters including axial compressive ratio control, continuous beam rigidity setting, and seismic design and so on, with a view to meet architectural usage functions and indoor beauty demands as much as possible.

high-rise building, short-leg shear wall, structural form, distribution

1009-6825(2015)01-0035-03

2014-10-22

李 青(1968- )，女，高级工程师

TU398.2

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