短肢剪力墙在高层结构设计中的应用

陈剑锋 沈乐

【摘要】现代建筑做為现代文明的代表之一，在人们的日常生活中发挥着巨大的作用，不仅满足了人们的居住需求，同时也实现了土地资源集中使用，达到了节约土地的目的。由于现代建筑方式的多样性，促进建筑结构设计也五花八门，但在对建筑结构进行选择时不能只单单的追求外在美观，建筑物的结构强度等也是重要的参考指标。伴随我国城市化进程的加速，城市中的住房建设也在迅速的展开，高层建筑数量也在逐渐攀升，这对建筑物结构的要求越来越高，将剪力墙应用于现代建筑中，可以更好的满足建筑强度需求及抗震需求等。因此本文针对剪力墙的概念、分类及特点进行了简要叙述，随后针对剪力墙结构在建筑结构设计中需遵循的原则及应用进行了详细分析探讨。

【关键词】短肢剪力墙；高层；应用

我国社会主义发展逐渐深入，城市化水平不断提高，促使人们对建筑物的要求不断提高，建筑物不仅要满足日常的使用，还要具有较高的安全性及稳定性，这就要求我们的工程设计者要对建筑结构设计进行完善和优化。剪力墙结构是一种高强度的建造技术，它的应用可以有效的提高建筑物的稳定性及经济性，受到社会各界人士的青睐。同时，该工程技术的施工环境也相对良好，因此该技术出现以来便在建筑行业中得到推广。

一、建设项目

本工程为某市一住宅小区高层住宅建筑工程，本文讨论一个伸缩缝区段。建筑面积为 3876 m 2 ，标准层建筑面积为 338 m 2 。纵向总长度为24.97 m，横向总长度为 14.3 m。开间为 3.3 m～5.1m，进深为 4.5 m～6 m。层数为十一层，局部跃十二层。 其中一至十一层层高为 2.9 m，十二层层高为 2.7m。建总高度为 36.95 m。外墙采用 300 mm 空心砖，内夹 70 厚水泥聚苯板，内墙采用 200 厚空砖。结构形式采用短肢剪力墙。楼盖采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，墙、柱、梁均为现浇，抗震设防烈度为七度。

二、主体结构设计

1、结构选型

根据业主的要求，本工程在房间内是不允许露出柱和梁等结构构件。 因此本工程可供选择的结构方案有两种，分别为短肢剪力墙结构和异形柱框架结构。 如果采用异形框架柱的话，对于肢高和肢厚以及柱高和柱截面长边尺寸都有一定的规范限制，这在一定程度上限制了截面尺寸。 结果计算分析，采用异形框架柱结构方案，会出现柱的轴压比超限的问题，同时其高度限制为35 m，小于本工程的建筑高度36.95 m，因此， 本工程不适宜采用异形框架柱结构方案。 而对于短肢剪力墙结构方案，经过对轴压比、 侧移以及扭转等进行计算，均能满足要求，同时也符合高度限值的要求，因此本工程最终决定采用短肢剪力墙结构方案。

2、结构布置

在剪力墙结构的设计中，要遵循水平布置的原则，在水平方向要尽可能的将刚度核心与重量核心安布在一起，此外还要依照轴对称的原则，从而实现降低扭矩的目的。与此同时，抗震性也是剪力墙结构设计是否合理的一项重要评价指标，在进行剪力墙设计时，要特别的关注其抗震合理性及具体结构形式，尽量不要设计成单一的形式，这种形式会对剪力墙结构的抗震性产生不利影响，从而影响整体的抗震性能。在剪力墙的位置设计中，剪力墙结构的承载能力正比于剪力墙结构摆放的集中度，因此要合理的安排剪力墙之间的空间距离，使其间隔处在一个相对比较合理的范围之内，这样既能够保证剪力墙结构的刚度及使用稳定性，又能够保证较高的性价比，这对建筑物的整体强度性能及抗震性能都能起到保障作用。总的来说，剪力墙结构的布置应遵循均匀、对称原则；刚度重心重合于质量中心原则；内外剪力墙要尽量对直且拉通。

2.1、根据相关的规范规定，高层剪力墙结构不应全部采用短肢剪力墙。 因此，本工程在楼梯间处布置有剪力墙，并与电梯间结合在一起，从而形成短肢剪力墙—筒体结构，而在结构的其他地方，则采用小开间布置剪力墙的方式，沿着内外墙的交接处布置短肢剪力墙。 通常情况下，应将短肢剪力墙设计成T形或者L形，这种形式可以有效的提高其侧向刚度。

2.2、水平抗侧力结构的布置是一个重要方面，合理的抗侧力结构能够有效的减少结构的扭转，因此在进行水平抗侧力结构的布置时，应尽量确保均匀和对称。 在进行剪力墙的布置时，为了更好的进行分析，可以采用SATWE程序进行跟踪计算，通过软件分析结果可以对剪力墙的布置效果有个很好的认识，从而对剪力墙的布置能够尽量确保结构的质量中心和刚度中心的重合。 根据相关的规定可以知道，A级高度高层结构在进行抗震设计时考虑偶然偏心影响的话，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移应控制在该楼层平均值的1.2倍以内，本工程经过分析将该控制值取为1.06倍。剪力墙的轴压比应满足规范的要求。 本工程为二级抗震等级，按12 kN/m2 进行估算。 根据相关的规范规定，短肢剪力墙的轴压比不得超过0.6，而一字型短肢剪力墙的轴压比不得超过0.5。 墙肢的长度应为厚度的5～8倍，同时在进行布置时还应考虑门窗洞口的要求。 本工程剪力墙厚度分别取为：外墙250 mm，内墙200 mm，而地下部分厚度取为100 mm。

在结构竖向应确保刚度的连续。 4层以下的混凝土等级为C40，5到8层的混凝土等级为C35，而9层以上的混凝等级为C30，梁、 板的混凝土等级为C25。 沿着竖向方向剪力墙的截面尺寸均不发生变化。在结构的布置时，应尽量提高结构的整体性。 本工程的楼屋盖均采用现浇的方式。梁截面宽度的布置分别为：内墙为200 mm，而外墙为250 mm。 梁高初步按净空的1/10进行确定。在本工程结构设计中，剪力墙数量的确定是一个非常重要的方面。 如果剪力墙布置的过少的话，会导致侧向刚度偏低，从而引起侧移大的问题；而剪力墙布置过多的话，地震作用大，这又不经济。 通常在进行剪力墙结构的设计时，对于剪力墙的布置可以通过壁率、 平均压力等指标对其数量的确定进行控制。 壁率反映的是墙厚的因素，而平均压力反映的是层数、 重量以及结构截面积的因素。 与地震力有关的因素包括建筑的质量和公安段，因此在进行壁率指标的技术时应考虑建筑高度的因素。

3、主要分析结果

SATWE 是专门为多高层建筑结构分析而研发的空间组合结构有限元分析软件，适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土结构体系计算。SATWE 是以壳元理论为基础构造一通用的超单元墙元为模拟剪力墙，它不仅具有平面内刚度，也具有平面外刚度，可以较好地模拟剪力墙的受力状态。 而且墙元的每个节点都具有空间 6 个自由度，可方便地与任意空间梁柱单元连接，无需任何附加约束。SATWE 给楼板 4 种简化假定，即假定楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。

三、与其它框架结构建筑进行对比

找寻一其它框架结构建设的建筑，与该工程进行对比。在工程的使用材料上通过调查数据可以清楚的看出，剪力墙结构的建筑，无论是在用钢量，还有混凝土的用量，还是其他建筑材料的用量会比其他结构减少很多。符合我国当前建筑行业的需求，符合我国现在走可持续发展道路的策略，而且还能减少建筑工程建设投入的资金，增长企业的经济效益，剪力墙结构的建筑更具有经济性。

参考文献：

[1] 胡金焱.浅谈剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用[J] .科技创新与应用。2013（31）

[2] 王欢庆. 浅议高层短肢剪力墙结构设计[J]. 黑龙江科技信息，2013（4）

[3] 胡庸.贺灵荣. 小高层建筑短肢剪力墙结构分析及优化研究[J]. 工业建筑，2011（3）