陳煒

（中土集團福州勘察設(shè)計研究院有限公司，福州 350000）

1 短肢剪力墻在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的特點

在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，短肢剪力墻是剪力墻的主要應(yīng)用模式。鋼筋混凝土是短肢剪力墻普遍使用到的材料。一般情況下，在高層建筑施工中，剪力墻的厚度設(shè)計應(yīng)在300 mm以下，而墻肢與墻體厚度之間的比值應(yīng)超過12.5。在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻被普遍使用，但是在應(yīng)用中具體問題應(yīng)具體分析，應(yīng)結(jié)合各建筑的不同使用功能和結(jié)構(gòu)來設(shè)計合理科學(xué)的使用方案。本文從兩個方面來分析短肢剪力墻的特點。

1.1 能夠充分保證建筑功能的實現(xiàn)

由于建筑架構(gòu)中填充墻與墻肢厚度在一定程度上是相等的，與剪力墻相連的墻體整體是在一個平面上，從而有效解決了梁柱凸出的問題。同時，短肢剪力墻使用到的構(gòu)件還能在一定程度上擴大建筑物的空間使用面積。

1.2 靈活滿足建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要

中墻肢和梁柱在建筑結(jié)構(gòu)中會占用到空間面積，采用短肢剪力墻可以有效地隱藏中墻肢和梁柱，設(shè)計出更加靈活的空間和布局結(jié)構(gòu)。墻的數(shù)量以及墻體肢長可以根據(jù)抗側(cè)體的需要來設(shè)計，墻體剛度和剛度的核心位置都可通過調(diào)整尺寸和布置來進行安排。

2 短肢剪力墻與普通剪力墻相比的優(yōu)勢

總結(jié)分析建筑實踐中不同剪力墻的應(yīng)用效果，明顯發(fā)現(xiàn)短肢剪力墻相較普通剪力墻有較大優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）短肢剪力墻的墻肢高度和寬度指數(shù)較高，結(jié)構(gòu)極具穩(wěn)定性，可以有效承載房屋的壓力，相比于傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)，減少了對鋼筋混凝土的使用量。（2）短肢剪力墻能夠有效增強結(jié)構(gòu)的自振周期，不會因為抗側(cè)移剛度大而導(dǎo)致抗震當(dāng)中產(chǎn)生較強反應(yīng)。（3）短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)布局靈活，能夠根據(jù)建筑物的功能調(diào)整建筑空間結(jié)構(gòu)[1]。另外，短肢剪力墻的填充墻通常會利用輕質(zhì)的砌體筑成，這樣可以有效減輕墻體的質(zhì)量，增強整個建筑物的抗震性能。（4）短肢剪力墻擁有跨度比較大的連梁，若發(fā)生地震，在連梁附件會產(chǎn)生塑性鉸，可以有效降低地震對房體帶來的傷害。

3 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中短肢剪力墻的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 短肢剪力墻的使用數(shù)量缺乏合理控制

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計雖然有自身的優(yōu)點，但在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中也有不容忽視的缺點，比如，抗震性能相對較弱的問題。在實際建筑設(shè)計中，建筑設(shè)計方為了更好地提升建筑物的外在美感和內(nèi)在空間架構(gòu)，過度放大了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)勢，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中過度使用短肢剪力墻，沒有結(jié)合建筑物的功能，科學(xué)合理控制短肢剪力墻的使用數(shù)量，從而導(dǎo)致整個高層建筑物的抗震性能存在風(fēng)險，嚴(yán)重影響了建筑質(zhì)量。

3.2 短肢剪力墻的數(shù)據(jù)分析和運算缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計離不開數(shù)據(jù)資料的支撐。在建筑施工前，需要運用科學(xué)的計算手段和方法，設(shè)計出合理的施工參數(shù)和指標(biāo)，以此保證整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計符合安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用到的數(shù)據(jù)計算軟件主要有TAT和SATWE等，每種軟件都有不同的計算方法和側(cè)重點，而這些卻在建筑設(shè)計環(huán)節(jié)被忽略了[2]，導(dǎo)致了高層建筑設(shè)計中很難設(shè)計出科學(xué)合理的施工圖紙，短肢剪力墻的厚度、高度等參數(shù)的設(shè)計也缺乏合理性，使得建筑物比例整體缺乏協(xié)調(diào)性，降低了建筑物的穩(wěn)定性，自然而然也削弱了抗震功能。出現(xiàn)這種數(shù)據(jù)運算缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性的問題，主要是因為在運算軟件的選擇上缺乏提前了解和比較，同時計算和分析方法也缺乏科學(xué)性。

3.3 短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的布局缺乏合理性

高層結(jié)構(gòu)建筑對穩(wěn)定性的要求會更高，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般會使用強度和硬度比較高的建材，如鋼筋混凝土等。此外，在具體施工過程當(dāng)中，還需要對房屋建筑的施工結(jié)構(gòu)進行科學(xué)的布置，明確每層建筑的核心支撐點，保障高層房屋建筑的穩(wěn)定性和抗震性。但是，從當(dāng)前我國高層結(jié)構(gòu)設(shè)計對短肢剪力墻的使用情況來，剪力墻的布局混亂，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃，如布置不均勻，不對稱等問題較多，導(dǎo)致了高層建筑的重心不穩(wěn)或者偏移。密度過大的剪力墻布置，又會出現(xiàn)建筑物剛性過強、抗震能力較弱的問題。

3.4 短肢剪力墻的使用缺乏科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計方案

短肢剪力墻相比傳統(tǒng)的剪力墻具有明顯的優(yōu)勢，建筑設(shè)計工程師在規(guī)劃剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了縮短施工周期或者考慮到建筑物的安全保障，對短肢剪力墻的建筑設(shè)計和使用，一般會偏于保守，導(dǎo)致建筑施工過程中難以充分發(fā)揮材料的性能，從而造成一定程度上的資源浪費，所以，進一步優(yōu)化短肢剪力墻的設(shè)計方案勢在必行。

4 短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的要求

4.1 使用材料的強度較高

結(jié)合剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮的承載和變形能力，其使用的混凝土強度不能過低，按照我國規(guī)范要求，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的混凝土強度不能低于C30。由此可見，短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對使用材料的強度要求較高。

4.2 合理布局土地使用功能

城市化建設(shè)進程中，為了緩解用地壓力及合理布局土地使用功能，各個城市，尤其是大中城市的辦公寫字樓和商業(yè)住宅樓都以高層建筑為主體，設(shè)計時必須考慮到相應(yīng)的抗震要求。短肢剪力墻的局部結(jié)構(gòu)設(shè)計要求主要有以下幾個方面：（1）保證剪力墻的梁柱與墻肢在同一水平面上，墻體向兩端延伸時必須有梁柱與其連接。在圖紙設(shè)計時，盡量避免一字形的剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。（2）如果是相對較高的建筑結(jié)構(gòu)，則可以適當(dāng)考慮增加部分長墻，保證電梯樓梯之間形成大型筒狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合更加全面布局的抗震體系來提高建筑物的剛度。短肢剪力墻的布局效果要與建筑物的整體結(jié)構(gòu)相一致，分析建筑結(jié)構(gòu)架構(gòu)每一部分的受力情況，通過調(diào)節(jié)使各部分受力平衡均勻。（3）增加墻體周圍的墻肢厚度，根據(jù)具體的建筑物結(jié)構(gòu)來適量增減鋼筋的數(shù)量，調(diào)節(jié)軸壓比例，以減輕短肢剪力墻水平受力的作用，避免墻體開裂的問題發(fā)生。如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及豎向布置墻體，則首先需要對墻體進行整齊安排，盡量降低出現(xiàn)洞口錯位的概率，達到有效增強短肢剪力墻的抗側(cè)剛度。

5 高層結(jié)構(gòu)建筑中關(guān)于短肢剪力墻的應(yīng)用分析

5.1 短肢剪力墻在抗震性能上的分析

為了更好地提高高層建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)的抗震性能，必須保證樓層的最大水平位移小于該樓層兩端彈性水平位移的1.2倍。建筑物的空間結(jié)構(gòu)模型進行計算設(shè)計時，還要將建筑受扭帶來的影響考慮進去。在抗震性能結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)建筑物的抗震等級對剪力墻的軸壓比例進行合理設(shè)計，尤其在延性設(shè)計上，要重點考慮一字形的短肢剪力墻，盡量將其軸壓比值降低到0.1。

5.2 短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的布置分析

設(shè)計過程中對于短肢剪力墻的布置應(yīng)該充分考慮建筑物本身的特點，一般要堅持均勻布置，合理控制墻的軸向應(yīng)力等原則。如果存在短肢剪力墻的豎向布局，則要保證墻肢的上下能夠保持對齊一致并且做到連續(xù)排布，避免出現(xiàn)洞口錯位的情況，保證連梁與墻肢共同構(gòu)成跨數(shù)較多的抗側(cè)體系。對于短肢剪力墻的厚度設(shè)計需要結(jié)合具體的規(guī)定，在不影響建筑物安全質(zhì)量性能的前提下，盡量最大限度地減輕建筑物本身的自重。剪力墻的底部進行加強作業(yè)時，要保證底部厚度超過200 mm，但如果是一字形的剪力墻，底部厚度則要超過220 mm。其他建筑結(jié)構(gòu)部位的厚度保持在180 mm以上即可。剪力墻在設(shè)計時要注意豎向設(shè)計保證從上到下均勻減少。

5.3 短肢剪力墻在設(shè)計參數(shù)和配筋率上的應(yīng)用分析

短肢剪力墻的參數(shù)比值和數(shù)據(jù)資料需要結(jié)合建筑物底部以及其他各層的具體設(shè)計情況進行綜合考慮，如果抗震等級是一級、二級、三級，設(shè)計時參數(shù)則需要分別乘以1.4、1.2與1.1。這樣做的目的是避免使短肢剪力墻因為過早受到外力壓迫而被損壞。關(guān)于配筋率，需要根據(jù)短肢剪力墻自身的抗震等級來設(shè)計。一般情況下，如果抗震等級是一、二級配筋率則不小于1.2%，抗震等級如果是三、四級，則配筋率在1.0%以上。一字形的短肢剪力墻需要著重考慮延展性以及外部穩(wěn)定性，如果可以，則盡量減少采用一字形的短肢剪力墻，適當(dāng)增設(shè)短肢剪力墻的翼緣。

5.4 短肢剪力墻洞設(shè)計的要點

注意要點如下：（1）要選好墻洞的位置，再根據(jù)科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計洞口。一般將墻洞分成排狀或者列狀，然后確定梁柱和墻支的具體位置，這個過程要注意到墻洞間距的距離設(shè)計，間距過大過小都不宜，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計情況來選擇。（2）在對洞口實現(xiàn)疊合后，要對疊合錯開的位置和距離重新審視，避免因為洞口疊合而出現(xiàn)不規(guī)則或者其他復(fù)雜的情況。尤其要注意避免在選定的洞口位置設(shè)置剪力墻，如果因為空間結(jié)構(gòu)原因必須要設(shè)計的話，應(yīng)該選擇輕質(zhì)材料進行有效補救。加大對洞口周圍情況的監(jiān)察力度，保證剪力墻的設(shè)計更加規(guī)范。（3）將BIM模式引入剪力墻洞口設(shè)計環(huán)節(jié)，以先進的技術(shù)模式減少不規(guī)范現(xiàn)象的發(fā)生。

6 短肢剪力墻在高層建筑設(shè)計中的應(yīng)用策略

6.1 選擇科學(xué)的參數(shù)計算方式

短肢剪力墻應(yīng)用設(shè)計需要以很多參數(shù)和數(shù)據(jù)作為支撐，為了保證參數(shù)和數(shù)值的正確性，可以結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，通過三維演算方式進行全面系統(tǒng)的分析和運算，也可以通過運用多種運算軟件來進行參值的分析對比，比如，可以運用PKPM中SATWE模塊或者其他軟件同時計算，然后對比結(jié)果，計算出科學(xué)合理的數(shù)據(jù)參數(shù)。

6.2 加強對短肢剪力墻抗震功能的研究

短肢剪力墻抗震性能弱一直是其在高層建筑設(shè)計應(yīng)用中的薄弱點，主要體現(xiàn)在建筑物邊緣上短墻肢的設(shè)計，因此，對短肢剪力墻的抗震性能需要加深研究。尤其對一字形短肢剪力墻，要側(cè)重研究連梁的延展性抗震構(gòu)造，可以通過適當(dāng)增加墻體厚度，如，選取250 mm的厚度參數(shù)，或者底部加強選取300 mm的厚度等方式。另外，增加剪力墻結(jié)構(gòu)中的鋼筋數(shù)量，降低軸壓比，緩解水平受力，防止受力不均導(dǎo)致墻肢破裂。

6.3 合理控制軸壓比

軸壓比的控制主要是針對一字形短肢剪力墻的端柱和無翼緣設(shè)計，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)剪力墻承受較小壓力時，其相應(yīng)的延展性就會降低，如果承受較大的壓力，混凝土?xí)捎谳S壓值過大再加上融合多種因素影響，會達到極限壓應(yīng)變，從而嚴(yán)重削弱高層建筑本身的承載能力和變形能力，因此，必須注重高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中短肢剪力墻的軸壓比。以抗震等級二級為例，為了保證短肢剪力墻的抗震性能，軸壓比一般要小于0.6；如果是一字形結(jié)構(gòu)的短肢剪力墻，則軸壓比要小于0.5。

7 結(jié)語

雖然短肢剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用已經(jīng)普及，但在具體應(yīng)用中仍存在困難和問題，這就需要建筑設(shè)計師不斷更新學(xué)習(xí)設(shè)計理念，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、信息手段計算出更加精準(zhǔn)的參數(shù)數(shù)值，繪制出更可靠的施工圖紙。挖掘問題，并尋找方案，逐步使短肢剪力墻在高層建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)中發(fā)揮應(yīng)有盡有的作用，彌補抗震性能弱的缺點。