周建民

【摘 要】隨著我國(guó)高層建筑越來(lái)越多地出現(xiàn)，而大多數(shù)都用到短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，主要是要考慮其綜合因素，這樣才能降低生產(chǎn)成本和施工周期，確保建筑物的質(zhì)量得到可靠地保證。本文就高層建中常用到的建筑短肢剪力墻進(jìn)行剖析，對(duì)其基本特點(diǎn)和使用原則進(jìn)行探析，為短肢剪力墻在高層建筑中的實(shí)際應(yīng)用提供一些可靠的支撐和有益的參考。

【關(guān)鍵詞】短肢剪力墻；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全可靠；經(jīng)濟(jì)合理；抗側(cè)剛度；整體穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)： TU973.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）34-0238-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.098

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以及在建筑技術(shù)方面的突破，使得投入到大型高層建筑的人力、物力等資源相繼涌入，這使得高層建筑如雨后春筍般地涌現(xiàn)。短肢剪力墻在中高層建筑中抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量選取上應(yīng)遵循根據(jù)建筑對(duì)使用功能上的要求對(duì)短肢剪力墻進(jìn)行合理布置。在滿足結(jié)構(gòu)的水平和豎直承載力的情況下，選取數(shù)量適中的短肢剪力墻布置，不能使結(jié)構(gòu)剛度太大或者太小。短肢剪力墻數(shù)量應(yīng)均勻合理，使建筑結(jié)構(gòu)剛度中心和質(zhì)心盡量保持一致，以便形成聯(lián)肢墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)等原則。經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，對(duì)短肢剪力墻的各種結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性進(jìn)行了全方位、多角度研究，并逐步完善其結(jié)構(gòu)特征。短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)和受力分析上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠與高層建筑的功能相結(jié)合起來(lái)，很好地?cái)[脫了框架式結(jié)構(gòu)帶來(lái)的墻柱與墻體相互突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在各個(gè)短肢剪力墻之間用梁連接起來(lái)，這樣使結(jié)構(gòu)的整體性更好，其抵抗變形的能力也就更上一層樓。于此同時(shí)，這樣也可以在室內(nèi)使整個(gè)房屋外觀看起來(lái)更加漂亮，空間管道布局也更加合理，體現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)的整體美。短肢剪力墻比一般剪力墻表現(xiàn)出靈活多變的特點(diǎn)，在房間安排分隔上更具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和整體的結(jié)構(gòu)剛度也可以更好的控制和調(diào)整，避免了剪力墻剛度過(guò)大，過(guò)于浪費(fèi)的情況發(fā)發(fā)生，這樣靈活的結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)思維提供更廣闊的空間。本文以高層建筑中短肢剪力墻為研究對(duì)象，就其在高層建筑中的基本特點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，為高層建筑中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)參考和可靠的支撐。

1 高層建筑中短肢剪力墻的基本特點(diǎn)

在最新的《高規(guī)》中，短肢剪力墻已明確指出為墻肢的高度與上墻肢的高度之比，其比值范圍在四到八范圍之內(nèi)，不管怎樣，短肢剪力墻從結(jié)構(gòu)劃分上來(lái)看，仍屬于剪力墻體系中的一種。短肢剪力墻的厚度范圍主要在180mm到250mm之間；肢長(zhǎng)范圍主要在800mm到2000mm之內(nèi)。短肢剪力墻主要結(jié)構(gòu)有T形、L形、Z型等，在建筑結(jié)構(gòu)中其主要出現(xiàn)在外墻和內(nèi)墻相連接處和在建筑結(jié)構(gòu)墻體轉(zhuǎn)角處較多。在高層建筑中，其結(jié)構(gòu)受力需要考慮諸多因素，使得在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到各個(gè)方面的情況。在設(shè)置短肢剪力墻時(shí)需要注意在具有豎向交通區(qū)域時(shí)，其分隔墻需要設(shè)計(jì)成剪力墻，因?yàn)檫@樣可以使建筑結(jié)構(gòu)是相對(duì)完整的，這樣就可以用來(lái)抵抗側(cè)向力和豎向載荷。外墻周圍的豎向受力構(gòu)件根據(jù)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)承載力的需要和建筑平面特點(diǎn)而定，把短肢剪力墻按照規(guī)范和要求布置在結(jié)構(gòu)的平面，連接梁設(shè)在墻體之間，用來(lái)將短肢剪力墻相互連接起來(lái)，形成整體。

通過(guò)以上對(duì)短肢剪力墻的基本性質(zhì)和設(shè)計(jì)要求，其主要的特點(diǎn)有幾下幾個(gè)方面：（1）隔墻位置設(shè)置豎向構(gòu)件。這主要結(jié)合高層建筑的平面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并且在與建筑所發(fā)揮的功能不重合的前提下，可以在隔墻位置設(shè)置豎向構(gòu)件。（2）短肢剪力墻的數(shù)量和肢的長(zhǎng)短。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力要求，需要設(shè)置短肢剪力墻所需要的數(shù)量以及肢的長(zhǎng)短。（3）滿足結(jié)構(gòu)的需要。在高層建筑中，將中心豎向的交通區(qū)域做成筒體，可以滿足整體結(jié)構(gòu)平面的需要，也可以滿足建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的設(shè)計(jì)要求。（4）具有較強(qiáng)的靈活性。短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)布置上具有較強(qiáng)的靈活性，使得在進(jìn)行樓蓋支撐時(shí)，減少了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜度，保證工期按時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成。（5）轉(zhuǎn)換層容易程度。在進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)時(shí)，如果出現(xiàn)要求下部樓層為大空間結(jié)構(gòu)時(shí)，與普通的剪力墻相比，短肢剪力墻更容易利用轉(zhuǎn)換層來(lái)連接上下結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。（6）使高層建筑物重量減輕。與傳統(tǒng)的剪力墻相比，短肢剪力墻使高層建筑物整體重量得到大大地減輕，這樣使在進(jìn)行施工時(shí)，可以較少施工周期和更利于施工，還可以較少工程成本。

2 短肢剪力墻的受力特點(diǎn)及計(jì)算方法

短肢剪力墻在高層建筑當(dāng)中，可以看成是一種懸臂結(jié)構(gòu)，其受力分布主要與其幾何尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，其開洞的大小、形狀、位置等有直接關(guān)系，最主要的影響因素是其開洞大小。通常上用ρ來(lái)表示孔洞的大小情況，ρ在建筑工程中定義為墻面洞口面積除以墻面不計(jì)洞口的總面積。對(duì)于不同的開孔孔洞，其ρ大小不同，主要的孔洞結(jié)構(gòu)有：（1）整截面墻。對(duì)于整截面墻老說(shuō)，墻體開洞太小（ρ﹤15%），于此同時(shí)，洞口之間的距離與孔洞最外邊的長(zhǎng)度要大時(shí)，其截面結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)滿足材料力學(xué)的計(jì)算方法，可以使用平面假定的基本原則，變形具有彎曲性。（2）整體小開口墻。當(dāng)洞口較大時(shí)（ρ介于15%到30%之間），采用平面假定計(jì)算得到的應(yīng)力和變形時(shí)，需要對(duì)得到的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行修正，最終使得變形為彎曲形。（3）聯(lián)肢剪力墻。 當(dāng)洞口面積過(guò)大時(shí)（ρ介于30%到50%之間），利用平面假定時(shí)，得到的結(jié)果與實(shí)際情況偏差太多，這時(shí)平面假定就不適用了，這就必須用墻肢的微分方程，才能得到滿足實(shí)際情況的結(jié)果，結(jié)構(gòu)的變形從彎曲型變成剪切型。（4）壁式框架。當(dāng)洞口尺寸很大時(shí)（ρ﹥50%），可以按照連肢剪力墻進(jìn)行計(jì)算，但是其受力的基本情況已經(jīng)更近似于框架結(jié)構(gòu)了。只是框架梁和框架柱都比較寬而已，因此在梁與柱交界處會(huì)形成不產(chǎn)生彈性變形的剛域，這樣梁的端部及柱的端部就會(huì)形成一定范圍的剛域，通常來(lái)講被叫做壁式框架，它的受力變形所形成的曲線已經(jīng)很接近剪切型。

短肢剪力墻的受力計(jì)算方法主要有以下幾個(gè)方面：（1）平面假定。短肢剪力墻在空間結(jié)構(gòu)時(shí)，其受力狀態(tài)屬于空間體系。為了計(jì)算短肢剪力墻在承受側(cè)向力產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，在不影響其計(jì)算誤差的前提下，可以對(duì)短肢剪力墻進(jìn)行合適的假設(shè)，其假設(shè)主要有樓板平面內(nèi)的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于平面之外，并且平面外剛度可以忽略不計(jì)，以及各短肢剪力墻也是平面內(nèi)絕對(duì)剛性。（2）平面協(xié)同剛度分析。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，對(duì)不同的截面形狀要進(jìn)行分析計(jì)算，存在整截面墻、聯(lián)肢墻等時(shí)，需要按照具體情況進(jìn)行協(xié)同計(jì)算，得到符合實(shí)際情況的結(jié)果。

3 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在高層建筑中，結(jié)構(gòu)的抗震性非常重要，影響著居住著的人生安全。短肢剪力墻在抗震等級(jí)的要求下，有如下的一些規(guī)定：

（1）墻厚規(guī)定。根據(jù)不同的抗震等級(jí)，其結(jié)構(gòu)厚度不一樣。當(dāng)抗震等級(jí)為一級(jí)和二級(jí)時(shí)，短肢剪力墻的底部加強(qiáng)部位厚度有相應(yīng)地規(guī)定，必須大于200mm。對(duì)于一字型單獨(dú)設(shè)置的短肢剪力墻，其底部的厚度必須大于220mm；對(duì)于抗震等級(jí)為三級(jí)和四級(jí)時(shí)，則短肢剪力墻截面厚度必須大于180mm；在對(duì)于沒有抗震等級(jí)設(shè)定時(shí)，墻體的截面厚度也必須大于160mm。

（2）短肢剪力墻在抗震等級(jí)為一級(jí)時(shí)，其軸壓比必須小于等于0.45；抗震等級(jí)為二級(jí)時(shí)，其軸壓比必須小于等于0.50；而對(duì)于一字型結(jié)構(gòu)的短肢剪力墻，其軸壓比更為嚴(yán)格，在前述相應(yīng)地基礎(chǔ)上減去0.1，這樣才能保證結(jié)構(gòu)的完整性，能抵抗一定的變形。

（3）對(duì)短肢剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分地考慮到其結(jié)構(gòu)幾何特點(diǎn)，對(duì)其薄弱地方的剪力要進(jìn)行安全系數(shù)的提高進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能保證整體結(jié)構(gòu)的完整性，保證整體結(jié)構(gòu)的剛度。如果抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為一，剪力設(shè)計(jì)值需要乘以系數(shù)1.4；如果抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為二，剪力設(shè)計(jì)值需要乘以系數(shù)1.2；如果抗震等級(jí)為三，剪力設(shè)計(jì)值需要乘以系數(shù)1.1。

（4）短肢剪力墻進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，在進(jìn)行鋼筋用量設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮短肢剪力墻底部作為薄弱部分，要盡量使鋼筋的分布更加合理?？拐鹪O(shè)計(jì)等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于1.2%；抗震等級(jí)為三、四級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于1.0%；對(duì)于短肢剪力墻的其他部位，抗震等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于1.0%；抗震等級(jí)為三、四級(jí)時(shí)，配筋率應(yīng)大于等于0.8%。

4 高層建筑中短肢剪力墻配筋方式

在高層建筑中，短肢剪力墻必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理地配筋，在建筑結(jié)構(gòu)的底部必須進(jìn)行部位加強(qiáng)，短肢剪力墻的縱向配筋率必須大于等于1.2%，其他部位應(yīng)大于等于1.0%。如果短肢剪力墻的數(shù)量并不多，軸壓比小，墻肢高厚比大，抗震等級(jí)低，所在位置也不在角部等情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。抗震等級(jí)要求高的，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行要求，抗震等級(jí)較低，則可以從寬處理。剪力墻高厚比為3～4的墻肢，因?yàn)閴χ目箓?cè)剛度小，會(huì)比較容易形成剪跨比比2小的“短柱”或剪跨比更小的“超短柱”，造成剪切破壞，因其相對(duì)比較差的抗震性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡可能避免采用。假如很難避免，就以短肢剪力墻的措施為參照進(jìn)行設(shè)計(jì)。剪力墻筒體中對(duì)高厚比為 4～8 的墻肢，或者剛度比較大的，也不需要遵循短肢剪力墻的鋼筋設(shè)置方法進(jìn)行配筋，可以根據(jù)一般的剪力墻進(jìn)行配筋上的適當(dāng)調(diào)整。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，在高層建筑中，有效地利用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，可以使建筑結(jié)構(gòu)在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，給設(shè)計(jì)師提供了更加廣闊的設(shè)計(jì)空間，于此同時(shí)節(jié)約了實(shí)際成本，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作效率，其建筑的結(jié)構(gòu)也更能符合國(guó)家在對(duì)建筑材料環(huán)保方面的要求，增強(qiáng)建筑的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。，有助于推動(dòng)城市的經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)快速發(fā)展。

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