高层结构设计中短肢剪力墙的应用

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1短肢剪力墙在高层结构设计中的特点

在高层结构设计中，短肢剪力墙是剪力墙的主要应用模式。钢筋混凝土是短肢剪力墙普遍使用到的材料。一般情况下，在高层建筑施工中，剪力墙的厚度设计应在300mm以下，而墙肢与墙体厚度之间的比值应超过12.5。在高层结构设计中剪力墙被普遍使用，但是在应用中具体问题应具体分析，应结合各建筑的不同使用功能和结构来设计合理科学的使用方案。本文从两个方面来分析短肢剪力墙的特点。

1.1能够充分保证建筑功能的实现由于建筑架构中填充墙与墙肢厚度在一定程度上是相等的，与剪力墙相连的墙体整体是在一个平面上，从而有效解决了梁柱凸出的问题。同时，短肢剪力墙使用到的构件还能在一定程度上扩大建筑物的空间使用面积。

1.2灵活满足建筑结构的设计需要中墙肢和梁柱在建筑结构中会占用到空间面积，采用短肢剪力墙可以有效地隐藏中墙肢和梁柱，设计出更加灵活的空间和布局结构。墙的数量以及墙体肢长可以根据抗侧体的需要来设计，墙体刚度和刚度的核心位置都可通过调整尺寸和布置来进行安排。

2短肢剪力墙与普通剪力墙相比的优势

总结分析建筑实践中不同剪力墙的应用效果，明显发现短肢剪力墙相较普通剪力墙有较大优势，主要体现在以下几个方面：（1）短肢剪力墙的墙肢高度和宽度指数较高，结构极具稳定性，可以有效承载房屋的压力，相比于传统的剪力墙结构，减少了对钢筋混凝土的使用量。（2）短肢剪力墙能够有效增强结构的自振周期，不会因为抗侧移刚度大而导致抗震当中产生较强反应。（3）短肢剪力墙的结构布局灵活，能够根据建筑物的功能调整建筑空间结构[1]。另外，短肢剪力墙的填充墙通常会利用轻质的砌体筑成，这样可以有效减轻墙体的质量，增强整个建筑物的抗震性能。（4）短肢剪力墙拥有跨度比较大的连梁，若发生地震，在连梁附件会产生塑性铰，可以有效降低地震对房体带来的伤害。

3高层结构设计中短肢剪力墙的应用现状

3.1短肢剪力墙的使用数量缺乏合理控制短肢剪力墙结构设计虽然有自身的优点，但在高层结构设计中也有不容忽视的缺点，比如，抗震性能相对较弱的问题。在实际建筑设计中，建筑设计方为了更好地提升建筑物的外在美感和内在空间架构，过度放大了短肢剪力墙结构设计的优势，在高层结构设计中过度使用短肢剪力墙，没有结合建筑物的功能，科学合理控制短肢剪力墙的使用数量，从而导致整个高层建筑物的抗震性能存在风险，严重影响了建筑质量。

3.2短肢剪力墙的数据分析和运算缺乏严谨性建筑结构设计离不开数据资料的支撑。在建筑施工前，需要运用科学的计算手段和方法，设计出合理的施工参数和指标，以此保证整个建筑结构设计符合安全和质量标准。目前，短肢剪力墙结构设计中运用到的数据计算软件主要有TAT和SATWE等，每种软件都有不同的计算方法和侧重点，而这些却在建筑设计环节被忽略了[2]，导致了高层建筑设计中很难设计出科学合理的施工图纸，短肢剪力墙的厚度、高度等参数的设计也缺乏合理性，使得建筑物比例整体缺乏协调性，降低了建筑物的稳定性，自然而然也削弱了抗震功能。出现这种数据运算缺乏严谨性的问题，主要是因为在运算软件的选择上缺乏提前了解和比较，同时计算和分析方法也缺乏科学性。

3.3短肢剪力墙在结构设计中的布局缺乏合理性高层结构建筑对稳定性的要求会更高，在建筑结构设计中，一般会使用强度和硬度比较高的建材，如钢筋混凝土等。此外，在具体施工过程当中，还需要对房屋建筑的施工结构进行科学的布置，明确每层建筑的核心支撑点，保障高层房屋建筑的稳定性和抗震性。但是，从当前我国高层结构设计对短肢剪力墙的使用情况来，剪力墙的布局混乱，缺乏严谨的规划，如布置不均匀，不对称等问题较多，导致了高层建筑的重心不稳或者偏移。密度过大的剪力墙布置，又会出现建筑物刚性过强、抗震能力较弱的问题。

3.4短肢剪力墙的使用缺乏科学的优化设计方案短肢剪力墙相比传统的剪力墙具有明显的优势，建筑设计工程师在规划剪力墙结构设计中，为了缩短施工周期或者考虑到建筑物的安全保障，对短肢剪力墙的建筑设计和使用，一般会偏于保守，导致建筑施工过程中难以充分发挥材料的性能，从而造成一定程度上的资源浪费，所以，进一步优化短肢剪力墙的设计方案势在必行。

4短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的要求

4.1使用材料的强度较高结合剪力墙在高层建筑结构设计中发挥的承载和变形能力，其使用的混凝土强度不能过低，按照我国规范要求，在短肢剪力墙结构中的混凝土强度不能低于C30。由此可见，短肢剪力墙在高层建筑结构设计中，对使用材料的强度要求较高。

4.2合理布局土地使用功能城市化建设进程中，为了缓解用地压力及合理布局土地使用功能，各个城市，尤其是大中城市的办公写字楼和商业住宅楼都以高层建筑为主体，设计时必须考虑到相应的抗震要求。短肢剪力墙的局部结构设计要求主要有以下几个方面：（1）保证剪力墙的梁柱与墙肢在同一水平面上，墙体向两端延伸时必须有梁柱与其连接。在图纸设计时，尽量避免一字形的剪力墙结构出现。（2）如果是相对较高的建筑结构，则可以适当考虑增加部分长墙，保证电梯楼梯之间形成大型筒状结构，结合更加全面布局的抗震体系来提高建筑物的刚度。短肢剪力墙的布局效果要与建筑物的整体结构相一致，分析建筑结构架构每一部分的受力情况，通过调节使各部分受力平衡均匀。（3）增加墙体周围的墙肢厚度，根据具体的建筑物结构来适量增减钢筋的数量，调节轴压比例，以减轻短肢剪力墙水平受力的作用，避免墙体开裂的问题发生。如果建筑结构设计涉及竖向布置墙体，则首先需要对墙体进行整齐安排，尽量降低出现洞口错位的概率，达到有效增强短肢剪力墙的抗侧刚度。

5高层结构建筑中关于短肢剪力墙的应用分析

5.1短肢剪力墙在抗震性能上的分析为了更好地提高高层建筑设计结构的抗震性能，必须保证楼层的最大水平位移小于该楼层两端弹性水平位移的1.2倍。建筑物的空间结构模型进行计算设计时，还要将建筑受扭带来的影响考虑进去。在抗震性能结构设计中，应根据建筑物的抗震等级对剪力墙的轴压比例进行合理设计，尤其在延性设计上，要重点考虑一字形的短肢剪力墙，尽量将其轴压比值降低到0.1。

5.2短肢剪力墙在高层建筑结构设计中的布置分析设计过程中对于短肢剪力墙的布置应该充分考虑建筑物本身的特点，一般要坚持均匀布置，合理控制墙的轴向应力等原则。如果存在短肢剪力墙的竖向布局，则要保证墙肢的上下能够保持对齐一致并且做到连续排布，避免出现洞口错位的情况，保证连梁与墙肢共同构成跨数较多的抗侧体系。对于短肢剪力墙的厚度设计需要结合具体的规定，在不影响建筑物安全质量性能的前提下，尽量最大限度地减轻建筑物本身的自重。剪力墙的底部进行加强作业时，要保证底部厚度超过200mm，但如果是一字形的剪力墙，底部厚度则要超过220mm。其他建筑结构部位的厚度保持在180mm以上即可。剪力墙在设计时要注意竖向设计保证从上到下均匀减少。

5.3短肢剪力墙在设计参数和配筋率上的应用分析短肢剪力墙的参数比值和数据资料需要结合建筑物底部以及其他各层的具体设计情况进行综合考虑，如果抗震等级是一级、二级、三级，设计时参数则需要分别乘以1.4、1.2与1.1。这样做的目的是避免使短肢剪力墙因为过早受到外力压迫而被损坏。关于配筋率，需要根据短肢剪力墙自身的抗震等级来设计。一般情况下，如果抗震等级是一、二级配筋率则不小于1.2%，抗震等级如果是三、四级，则配筋率在1.0%以上。一字形的短肢剪力墙需要着重考虑延展性以及外部稳定性，如果可以，则尽量减少采用一字形的短肢剪力墙，适当增设短肢剪力墙的翼缘。

5.4短肢剪力墙洞设计的要点注意要点如下：（1）要选好墙洞的位置，再根据科学的标准设计洞口。一般将墙洞分成排状或者列状，然后确定梁柱和墙支的具体位置，这个过程要注意到墙洞间距的距离设计，间距过大过小都不宜，应根据具体设计情况来选择。（2）在对洞口实现叠合后，要对叠合错开的位置和距离重新审视，避免因为洞口叠合而出现不规则或者其他复杂的情况。尤其要注意避免在选定的洞口位置设置剪力墙，如果因为空间结构原因必须要设计的话，应该选择轻质材料进行有效补救。加大对洞口周围情况的监察力度，保证剪力墙的设计更加规范。（3）将BIM模式引入剪力墙洞口设计环节，以先进的技术模式减少不规范现象的发生。

6短肢剪力墙在高层建筑设计中的应用策略

6.1选择科学的参数计算方式短肢剪力墙应用设计需要以很多参数和数据作为支撑，为了保证参数和数值的正确性，可以结合现代信息技术，通过三维演算方式进行全面系统的分析和运算，也可以通过运用多种运算软件来进行参值的分析对比，比如，可以运用PKPM中SATWE模块或者其他软件同时计算，然后对比结果，计算出科学合理的数据参数。

6.2加强对短肢剪力墙抗震功能的研究短肢剪力墙抗震性能弱一直是其在高层建筑设计应用中的薄弱点，主要体现在建筑物边缘上短墙肢的设计，因此，对短肢剪力墙的抗震性能需要加深研究。尤其对一字形短肢剪力墙，要侧重研究连梁的延展性抗震构造，可以通过适当增加墙体厚度，如，选取250mm的厚度参数，或者底部加强选取300mm的厚度等方式。另外，增加剪力墙结构中的钢筋数量，降低轴压比，缓解水平受力，防止受力不均导致墙肢破裂。6.3合理控制轴压比轴压比的控制主要是针对一字形短肢剪力墙的端柱和无翼缘设计，据相关数据显示，当剪力墙承受较小压力时，其相应的延展性就会降低，如果承受较大的压力，混凝土会由于轴压值过大再加上融合多种因素影响，会达到极限压应变，从而严重削弱高层建筑本身的承载能力和变形能力，因此，必须注重高层建筑结构设计中短肢剪力墙的轴压比。以抗震等级二级为例，为了保证短肢剪力墙的抗震性能，轴压比一般要小于0.6；如果是一字形结构的短肢剪力墙，则轴压比要小于0.5。

7结语

虽然短肢剪力墙在高层建筑结构设计中应用已经普及，但在具体应用中仍存在困难和问题，这就需要建筑设计师不断更新学习设计理念，结合现代科学技术、信息手段计算出更加精准的参数数值，绘制出更可靠的施工图纸。挖掘问题，并寻找方案，逐步使短肢剪力墙在高层建筑设计结构中发挥应有尽有的作用，弥补抗震性能弱的缺点。

【参考文献】

[1]杨俊强.高层结构设计中短肢剪力墙的运用[J].低碳世界,2021,11(4):195-196.

[2]李晓音.建筑工程管理的影响因素与对策[J].四川建材,2021,47(1):202.

作者:陈炜 单位:中土集团福州勘察设计研究院有限公司