短肢剪力墙在高层结构设计中的应用

张东东

摘 要：在高层结构中，短肢剪力墙是常用的一种形式，因此在工程中应采取措施确保短肢剪力墙的安全。本文笔者将结合具体的小区高层住宅的结构设计，简要探讨短肢剪力墙在在高层住宅结构设计中的应用，主要分析了结构选型、结构布置等，希望能对类似工程起到借鉴作用。

关键词：短肢剪力墙 高层结构设计 结构选型 结构布置

中图分类号：TU398 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0069-02

本工程为某市一住宅小区高层住宅建筑工程。本工程建筑面积为876 m2，建筑总高度为36.95 m，建筑的长度为24.97 m，宽度为14.3 m。本工程一共有11层，局部存在你12层。其中1层到11层的层高均相同，为2.9 m，而12层的层高则为2.7m。本工程采用的是短肢剪力墙结构体系，楼板采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，而墙、柱、梁均采用混凝土浇筑的方式。本工程抗震设防烈度为7度。

1 主体结构设计

1.1 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，分别为断肢剪力墙结构和异形柱框架结构。如果采用异性框架柱的话，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性框架柱结构方案。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。

1.2 结构布置

根据本工程的具体特点，在进行结构的布置时，应综合考虑承载力、结构变形、扭转以及轴压比等多方面指标的要求，在满足这种指标的基础上，本工程进行结构布置主要采取的措施如下。

（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）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。如表1所示为一层楼面的质量中心和刚度中心的坐标值。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。通常在进行框架—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。同时采用这两个指标进行剪力墙数量的确定时，还可以适当的参考实际工程中的剪力墙数量。如表2所示为本工程剪力墙的布置情况。

1.3 主要分析结果

在进行高层建筑结构的计算分析时，主要采用的软件为SATWE有限元分析软件，它可用来进行空间组合结构的分析，同时也可进行各种复杂体型的高层钢筋混凝土结构体系的计算。在SATWE程序分析中 ，是以壳元理论为基础的，剪力墙的模拟采用的是超单元墙元，这种单元同时具备平面内和平面外的刚度，因此可以较好的模拟剪力墙的受力状态。同时超单元墙元在每个节点上都具有6个自由度，因此在进行软件模拟时可以很好的与空间梁祝柱单元进行连接，并且不需要添加其他附加约束。采用SATWE程度对本工程的结构进行分析，采用超单元墙元模拟短肢剪力墙，而采用连梁模拟短肢剪力墙之间的梁。如图1所示为本工程建筑结构在风荷载和地震荷载作用下的位移图。

如图1中可以清楚的看到，在风荷载和地震荷载的作用下，结构所产生的位移变形类似于框架—剪力墙结构的弯剪变形。通过如前所示各种剪力墙相关指标的确定，短肢剪力墙的布置能够较好的满足结构位移的要求。

2 与异形框架结构的比较

在同一小区内，其中某栋采用的结构形式为异形框架结构，将之与本工程的短肢剪力墙结构进行对比。通过计算结果的比较可以知道短肢剪力墙结构具有侧向位移小、刚度大的特点。以下将对两者的用钢量、混凝土用量以及模板用量进行对比：

（1）用钢量。短肢剪力墙的墙柱的用钢量为35.5 kg/m2，而异形框架的墙柱用钢量则为30.7 kg/m2，短肢剪力墙较为经济；梁的用钢量短肢剪力墙为3.13 kg/m2，而异形框架的则为18 kg/m2，短肢剪力墙大大少于异形框架。

（2）混凝土用量。短肢剪力墙的墙柱的混凝土用量为0.185 m3/m2，而异形框架的墙柱用钢量则为0.081 m3/m2，短肢剪力墙稍微多0.1 m3/m2；梁的混凝土用量，短肢剪力墙为 0.023 m3/m2，而异形框架的则为0.045 m3/m2，短肢剪力墙比异形框架较少。

（3）模板用量。短肢剪力墙的墙柱的模板用量为1.52 m2/m2，而异形框架的墙柱用钢量则为0.77 m2/m2，短肢剪力墙稍微多0.75 m3/m2；梁的模板用量，短肢剪力墙为 0.272 m2/m2，而异形框架的则为0.53 m3/m2，短肢剪力墙比异形框架较少。

因此经过综合分析，短肢剪力墙结构在整体材料用量上比异形框架结构少，从而短肢剪力墙结构在经济上更具优势。

3 结语

短肢剪力墙是常用的一种形式，因此在工程中应采取措施确保短肢剪力墙的安全。文章通过介绍了常见高层建筑结构体系，结合某高层结构实例，通过针对短肢剪力墙受力特点等，分析了短肢剪力墙的结构布置，通过对其采取抗震性能分析，表明本高层所采取的短肢剪力墙布置具有可行性，可为同类工程结构布置提供另一种思路。

参考文献

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[2] 李军.短肢剪力墙结构体系在小高层住宅设计中应用[J].山西建筑，2010（7）28-34.

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