浅论高层建筑短肢剪力墙结构设计

摘要：本文作者分析了短肢剪力墙结构的特点，并详细阐述了短肢剪力墙结构的布置、计算分析以及短肢剪力墙结构设计应注意的问题等。

关键词：高层建筑；短肢剪力墙；结构设计

当前，随着社会的发展以及城市化进程的不断加快，人们对于建筑空间使用功能的要求越来越高。据此，施工单位在短肢剪力墙结构的施工过程中，由于墙肢适用能力非常强，可以对其进行灵活的布置，并且可以当成转换层使用，房间内不会出现露梁露柱的现象，且短肢剪力墙的抗震性能也优于异形柱剪力墙结构，因此在设计中根据其受力的特点，充分掌握和了解其受力特点和破坏机理，并选择合理的布置形式，正确掌握计算分析方法，它将在多、高层的住宅中有着广阔的发展前景。

1 短肢剪力墙结构体系的特点

所谓短肢剪力墙，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》中对其的定义是：墙截面厚度不大于300mm、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。剪力墙结构中，短肢剪力墙结构是其中最常见的一种型式，它通常会运用到高层或者中高层建筑结构当中。短肢剪力墙通常运用在建筑工程中的结构有：“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。近些年来，随着社会的不断发展以及人民生活水平的提高，人们对于建筑物的要求越来越高，尤其是对中高层建筑空间的要求。过去的建筑中，施工单位是通过普通的框架结构以及普通的剪力墙结构来对建筑空间进行分布，然而这样的建筑空间并不能够满足人们日益增高的要求。所以，施工单位在原有剪力墙结构的基础之上，进行不断完善，在其中吸取了框架结构的优点，以此来满足人们对于建筑空间的高要求。钢筋混凝土短肢剪力墙结构由于具有灵活性、施工方便、在施工过程中减少了其重量、抗震性强、节约材料成本等优点被广泛应用到了建筑结构当中。本文就中小高层建筑中短肢剪力墙结构的设计应用作重点分析。

通过对短肢剪力墙结构的深入分析，我们了解到它具有以下特点：①能与建筑结构相融合。在对短肢剪力墙结构进行施工过程中，与建筑平面相结合，来对建筑空间进行分布，在其中短肢剪力墙结构通常不会与建筑的使用功能相冲突。②适用性强。在施工过程中，不要求墙的数量和肢长，这种主要是通过建筑的抗侧力以及尺寸等适当调整剪力墙结构的刚度的中心位置。③灵活性强、调整性大，并且可选择的处理方案非常多。④它可以将墙面的各个梁柱进行连接。⑤在施工过程中，可以根据建筑抗侧力刚度的要求，利用中心剪力墙进行处理，这种就会很容易满足抗扭刚度与强度的要求。

2 短肢剪力墙结构布置

2.1 短肢墙的数量应当适中，避免结构太刚或太柔，满足竖向荷载和抗侧力需要即可。

2.2 短肢剪力墙的纵横应尽量均匀分布，其轴向应力不应相差悬殊。

2.3 短肢剪力墙肢间距不宜过大，在平面外边缘及角点处，特别是外凸部分，布置必要的短肢墙，既有利于梁的支撑，又可以分散荷载，以加强其整体性和满足平面刚性的要求。

2.4 每道短肢墙宜与两个方向的梁连结，连梁尽可能布置在墙肢的竖平面内；连梁宽度一般宜与墙肢厚度相等；墙肢不宜过厚，以采用200mm、250mm或300mm为宜；可以混合布置部分较长的墙或矩形柱。

2.5 小高层部分的竖向构件根据受力的需要和建筑平面布置，设置适量的钢筋混凝土短肢剪力墙，在各短肢剪力墙的墙肢间布置连系梁，把这些短肢墙以及核心筒连成一个整体，构成整幢建筑的结构体系。

3 短肢剪力墙结构的计算分析

3.1 TAT

TAT软件采用的是三维空间模型，对剪力墙采用薄壁柱单元计算原理，对梁柱采用空间杆系计算原理。在TAT计算中，为了使结构受力更合理，应对结构进行计算简化；对多肢剪力墙计算最常用的手段是按剪力墙开洞的办法进行，开洞应上下对齐，减少上下偏心。剪力墙开洞后，洞口上下剩余部分TAT用梁单元来模拟。开洞主要是为了把剪力墙简化为符合薄壁柱的计算模型，同时使简化后的剪力墙的受力更为明确。TAT中楼板采用刚性楼板假定，即平面内刚度无限大，平面外刚度为零。

3.2 SATWE

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结构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。

4 短肢剪力墙结构设计应注意的问题

4.1 严格控制短肢墙的轴压比，尤其是无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙。目前，根据研究表明，剪力墙结构在承受外界作用力的影响中，如果该结构处于小压力的状态之下，建筑墙的延性也就相对较差。另外，就算在压力较大的情况之下，如果结构的轴压比较大，那么混凝土的应力也就相对较高，如果混凝的约束力相对较弱的情况下，就会导致混凝土出现裂缝。从而造成建筑变形和收缩。所以，在设计过程中，施工人员只有将短肢剪力墙结构的轴压比进行有效的控制，从而达到短肢墙的延性的设计要求。

4.2 应采取三维计算方法进行结构的动力特性分析和杆件内力计算。这时对于竖向构件又有薄壁杆模型与墙元模型，前者是一种简化模型，但精确度较低；后者是板元与膜元的组合，是一种高精度力学模型。

4.3 由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防。

4.4 短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢，特别是“一字形”短肢剪力墙，可出现先于与其相连的梁破坏的情况。如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂。因此，设计时应采取必要的措施，如对位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率，加强小墙肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙，以保证结构的安全性、实用性。

5 结束语

随着社会的发展以及人民生活水平的不断提高，人们对于建筑的要求也越来越高，特别是对于中高层住宅的平面与空间的要求。过去的普通框架结构和剪力墙结构对建筑空间的分隔与界定远远不能满足人们对于住宅空间的要求。据此，建筑行业在原有剪力墙结构的基础之上，不断完善，在其中吸收了框架结构的优点，以此来满足人们对于住宅空间的要求。目前，高增建筑结构的型式主要分为两种：短肢剪力墙结构和异形柱框架结构。本文就短肢剪力墙结构在小高层建筑中的应用作浅要分析，以供大家参考。

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