高層建筑結構中短肢剪力墻設計發展
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隨著人們對多樣化高層住宅結構的需求不斷提高，傳統的框架結構和剪力墻結構已經不能滿足人們的要求。單一的結構模式各有利弊，這要求設計人員采取更加合適的平面布置，在既滿足結構安全的前提下，也能夠很好的利用建筑的空間結構。為了滿足這一要求，設計人員科學地引用了短肢剪力墻作為高層建筑結構的主要形式利用在工程實例當中，在一定層面上推動了現代高層建筑結構的發展，但在某些方面還略顯不足，針對短肢剪力墻應用的研究還比較匱乏，沒有足夠支撐其體系的龐大實驗數據。還需要通過更多的實驗結果、工程實例來論證，促進理論與實際工程進一步提升，從而為我國建設出更多高品質高層建筑。
在《高層建筑混凝土結構技術規程》（征求意見稿）中，定義短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比5到8之間的剪力墻且墻體的厚度不小于200mm。在受力性能分析下，短肢剪力墻的變形能力和墻肢承載力較大，故不能按照設計壁式框架的理念來設計；同時考慮到短肢剪力墻所開的洞口并不是用來安裝門窗的，而是作為設置砌體填充墻設置的，所以要求洞口盡量大一些，故不能設計為整體小開口的形式；故更加安全和經濟的設計理念是將其設計為聯肢墻的形式。其平面布局更多采用Z字型、T字型、L字型以及十字型，因為構成這些剪力墻的墻肢較為短小，應該盡量保證結構布置較為對稱與均勻，達到剛度和抗震的基本要求。同時在地震狀態下，短肢剪力墻的墻肢會出現受彎狀態，故此狀態下墻肢的延性較好。但是過多的短肢剪力墻會影響整體建筑物的抗震性能，應該綜合考慮其影響。
高層建筑結構中短肢剪力墻的設計特點概述
短肢剪力墻的分布主要在內部分隔墻的交界處，由于主要承擔抗側向力的任務，應該設計適當大小和數量的墻肢來滿足結構的需要，通過布置一系列連系梁來構成一個整體結構。因為短肢剪力墻會帶來抗震性能差的不足，故合理的布置與設計顯得尤為重要，可概述為以下幾個特點：第一，之所以運用短肢剪力墻就是要發揮其能夠充分利用空間的特點，能夠較好的滿足建筑功能的需求，解決了平面布置與建筑相沖突的矛盾，優化了結構的設計，提高了用戶滿意度與經濟使用價值。第二，在具體建筑設計中，由于設計靈活性較大，可以選取不同的短肢剪力墻設計方案，進行多種布置，根據不同的布置來完成不同的空間需求，更好的完成豎向承載、支撐樓蓋的效果。第三，在短肢剪力墻的計算中，會出現較大的反彎點，使其類似于一個異形柱，將會承擔較大的剪力和軸向力。因此在計算中需要考慮不同荷載情況下的極限情況，例如進行偏心受壓、偏心受拉以及斜截面受剪和軸心受壓等不同受力模式下的驗算。當此片短肢剪力墻上受到集中作用力時，還應該進行局部受壓驗算，通過一系列構造要求來使短肢剪力墻達到抗震承載力的要求。第四，運用短肢剪力墻可在一定程度上減少剪力墻整體數量的使用，但是過多短肢墻會對抗震有著不利影響，避免布置剪力墻于結構的兩端或者外邊緣，在抗震驗算中，地震的扭轉效應會使短肢剪力墻的翹曲變形變得更加突出。導致結構形成危險破壞，可利用有效的構造設計來對局部進行加強，使其抗震性能有所改善。第五，本身短肢剪力墻可以使用自重比較輕的建筑材料，保證其承載能力達到要求后，使用的鋼筋量有所減少，提高其經濟效益。
高層建筑結構中短肢剪力墻的設計布置原則
首先在整個高層建筑結構中，短肢墻的數量應該適中，過多的短肢墻會不滿足抗震的基本要求，要在滿足抗側力和豎向荷載的要求下，綜合考慮做出合理布置。其次，均勻性是另一個重要因素，只有短肢墻的布置盡量均勻才能做到軸向應力不相差懸殊，可以很好地支撐起樓蓋。再次，在設計短肢剪力墻時，應該做到盡量地拉直，對齊，使其與相應連梁一同構成比較整齊、能夠一同抵抗側向力的組合結構。除此以外，對于有抗震要求或者風力較大的要求，應該在平面外邊緣以及角點處布置必要的短肢墻，達到局部穩定以及保證完整性和滿足平面剛度的要求。最后，不能設置過厚的墻肢，盡量保證不會比間隔墻厚或者薄，使之穩定性較好且施工難度小。
短肢剪力墻的設計發展趨勢
對于短肢剪力墻的數量進行科學的設置對于短肢剪力墻結構的數量設計，要以國家現行的規范作為指導依據，并在實際工程實踐中總結一般經驗，通過概念設計和軟件計算相結合的方式對短肢剪力墻的數量進行精準計算，應準確確定每部分剪力墻的何時長度，在剛度合理水平下，要同時關注結構的柔性程度，避免過于柔性，影響其抗側力要求。優化其水平布置，使短肢剪力墻與一般普通剪力墻在一定程度上形成穩定整體，協同工作，達到較好的抗震性能。完善短肢剪力墻平面布局在對剪力墻進行平面布置的時候，要遵循剪力墻的布置均勻性，設置在合理的位置，避免集中或者分散，合理考慮短肢剪力墻的剛度以及其重心位置，保證勻稱結構不易發生變形。考慮到結構的扭轉問題，需要控制結構的扭轉現象，對于各條軸線，盡量使其水平抗側構件均勻對稱分布。同時也要考慮到高度對于整體結構的影響，若有A級高度，則需要考慮偶然偏心現象，控制層間位移和最大水平位移就起到關鍵決定因素。這里可以采用SATWE分析軟件進行短肢剪力墻的仿真分析，設計效率大大提高。最后應考慮到剪力墻的軸壓比，應該依據相關規范進行設計與計算，得到安全墻厚。
結束語
在高層建筑結構設計中，短肢剪力墻的相關設計一直是個困擾設計者的問題。怎樣綜合發揮出短肢剪力墻節省空間，優化建筑設計的優勢；怎樣避免由于地震不利影響而造成的安全隱患。通過本文的探討和分析，可知合理的進行平面布置，控制整體布置的對稱和均勻，以及進行嚴謹的計算與推導可以實現優化結構設計，使短肢剪力墻的抗震性能有明顯提升，實現在工程中的推廣運用。
作者：皮澤坤 阮大為 單位：北方工業大學
