高層居民建筑短肢結構墻結構設計的淺述

王旭

摘 要：對于從事高層結構設計的工程師來說，必須能夠吸收當代高層建筑結構設計的一些成功經驗，并把結構的經濟性、合理性與結構抗震的安全性等諸多因素加以統籌考慮，才能很好的與建筑師配合并設計出經濟合理的高層建筑結構體系。

關鍵詞：短肢結構墻；結構；設計

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

一、短肢結構墻結構

短肢結構墻結構的概念：①短肢結構墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的結構墻；②高層建筑結構不應采用全部短肢結構墻的結構墻結構；③短肢結構墻較多時，應布置筒體（或一般結構墻），形成短肢結構墻與筒體（或一般結構墻）共同抵抗水平力的結構墻結構。

短肢結構墻結構的必要條件：抗震設計時，短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不大于結構總底部地震傾覆力矩的50%。

短肢結構墻結構的下限：當短肢墻較少時，如短肢墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的15%～ 40%，則可以按普通結構墻結構設計。下限規范沒有規定，用戶可以靈活掌握。如果在結構墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成短肢結構墻結構而應作為一般結構墻結構處理。

二、 短肢結構墻結構設計

短肢結構墻結構，其首先應是全結構墻結構。短肢結構墻結構中，應有足夠的長肢結構墻。

如果把短肢墻看成異形柱，則短肢結構墻結構可以認為呈框剪結構的變形特征。當結構形式符合短肢結構墻結構形式后，才能在軟件“總信息”參數的結構體系中，定義結構為“短肢結構墻結構”。

當采用殼元模型時，應加細單元的劃分。

短肢結構墻結構有時用薄壁桿元（TAT）可能更合適。因短肢墻的模型更符合薄壁桿元模型，采用殼元則有單元劃分不細的問題。

短肢墻：軸壓比（按結構墻）、剛度（墻輸入、采用殼元或薄壁桿元）、配筋（按結構墻）、構造（按高規的短肢墻構造）。

弱短肢結構墻（截面高厚之比小于5的墻肢）：高規7.2.5條文規定了不宜采用墻肢截面高度與厚度之比小于為5的結構墻；當其小于5時，其在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一級（9度）、一級（7、8度）、二級、三級時分別不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。

短墻（截面高度之比不大于3的墻肢）：高規7.2.5條文和抗震規范6.4.9條文規定結構墻的截面高度與厚度之比不大于3時，應按柱的要求進行設計，底部加強部位縱向鋼筋的配筋率不應小于1.2%，其它部位不應小于1.0%，箍筋應沿全高加密。

三、工程實例分析

某工程屬于復雜高層建筑結構中帶轉換層的結構類型, 轉換層在首層，因為首層商業功能的需要，上部需要轉換的墻肢比較多。底部加強部位剪力墻及框支柱抗震等級為二級，底部加強部位以上標準層剪力墻抗震等級為三級，短肢剪力墻抗震等級為二級。

1 鋼筋混凝土剪力墻住宅結構設計

墻肢結構設計按照抗震設計要求，結合建筑平面布置在窗間墻及房間四角等布置成L 形、T 形或十字形短肢剪力墻和一般剪力墻。短肢剪力墻結構抗側移剛度主要取決于各墻肢剛度以及墻肢總量，墻肢太短或墻壁率太小，則結構剛度小，水平地震作用下位移偏大，影響承載力、穩定性和正常使用。反之，結構剛度偏大,地震作用大，構件配筋增大甚至超筋，形成浪費?？拐鹪O計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不小于結構總底部地震傾覆力矩的50%。短肢剪力墻抗震等級比一般剪力墻抗震等級提高一級采用。其軸壓比不大于0.6。

2本工程實例結構構件設計及構造措施

2.1 梁、板的設計

本工程梁、板受力均按線彈性方法計算，考慮活荷載不利布置，與土壤接觸的梁、板按計算彎矩、剪力及0.2mm 裂縫寬度共同控制配筋，其余樓板按照計算彎矩、剪力及0.3mm裂縫寬度共同控制配筋，地下室為超長結構，除設置了后澆帶外，其梁、板同時考慮了溫度應力的作用。樓板厚度主要設計為l00mm 厚，對大跨度樓板根據跨度加厚樓板至120m--150rm， 對6.0×6.0m 間隔的大板，在板面無負筋的區域另加φ8@200 雙向鋼筋網與板負筋搭接連結。首層（轉換層）頂板設計為180m 厚，轉換層上部第一個標準層樓板設計為120mm，其余層電梯前室因為結構加強及預埋線管的原因，樓板厚度設計為150mm，屋頂樓板為120mm，這幾處均做了重點加強，采用雙層雙向配筋。梁的配筋率控制在0.45％~2.2％之間，對剪力墻開洞形成的跨高比小于5 的梁按連梁設計，當跨高比大于等于5 時，按框架梁進行設計。為減少梁、板結構因混凝土水化熱而產生的溫度裂縫，采用梁、板的混凝土強度等級低于柱、剪力墻混凝土強度等級1 2 個級別，這樣既減少了溫度裂縫又節省了混凝土造價，同時構造配筋也減小了，降低了含鋼量，取得了一舉多得的效果。

2.2 短肢剪力墻設計

短肢剪力墻在二至四層為轉換層上部的加強部位，抗震等級按提高一級做加強處理措施，墻厚加厚至250mm~300mm，軸壓比控制在0.5 以下，對約束邊緣構件及墻身的配筋做了一定的加強。四層以上按抗震等級三級短肢剪力墻要求設計，墻厚減薄至200mm-250mm，軸壓比控制在0.6 以下，其構造邊緣構件縱筋按0．8％控制，箍筋的配箍特征值按0.1 控制。為了增加結構整體扭轉剛度，減少扭轉變形，對角窗部位的剪力墻及邊緣構件也做了特別的加強。

2.3 框支框架、框支剪力墻設計通過計算分析結果發現，框支柱頂及框支梁均出現較嚴重的應力集中現象，說明此處最容易破壞，需要加強?？蛑е?、梁截面配筋設計時比較TAT 分析結果和SATWE 分析結果，偏安全地取大值?？蛑е?、框支梁的抗震等級均提高至二級，本著“強剪弱彎" 的原則，所有框支梁均采用φ12@100 四肢箍全長加密。為實現“強柱弱梁，更強節點”的抗震設計目標，按二級抗震要求驗算框架節點。轉換層之上的三層剪力墻，由于結構剛度突變，引起內力集中，墻肢和連梁配筋以SATWE 和TAT 較大的計算結果做為設計依據，并適當放大加強。

2.4.剛度比控制

建筑物的質量主要集中于樓層外，大多數時候，整個結構的動力分析可視為一連串豎向質點的水平振動。剪切剛度比的實際意義在于表達樓層抗側剛度的比值，只是為了工程驗算方便，才在規范中采用了簡化的計算方式。2008 版的建筑抗震設計規范中規定，“矩形平面的部分框支抗震結構，其框支層的樓層側向剛度不應小于相鄰非框支樓層側向剛度的50%”。樓層側向剛度的計算較為復雜，需要考慮彎曲、剪切和軸向變形的綜合效應。對于體型較為復雜的結構，由于存在各桿之間的協同作用以及平面內的扭轉，計算側向剛度已必須借助電算，考慮空間協同作用。而縱觀目前常用的各設計軟件，還未見到有側向剛度數據直接輸出。

結束語

隨著人們對居民建筑，特別是高層居民建筑平面與空間的要求越來越高，以前普通框架結構的露梁露柱、普通結構墻結構對建筑空間的嚴格限定與分隔已不能滿足人們對居民建筑空間的要求。所以在原有結構墻的基礎上，吸收了框架結構的優點，逐步發展形成了能適應人們新的居民建筑觀念的高層居民建筑結構型式，即“短肢結構墻結構”和“異形柱框架結構”型式。這兩種新的結構由于在很大程度上克服了普通框架與普通結構墻結構的缺點，受到了建筑師的肯定，更得到了住戶與開發商的青睞。對于十二～十六層的小高層建筑結構，采用既可以保證結構的剛度、位移，又可以使室內空間方正合理。所以短肢結構墻結構得以普遍應用。短肢結構墻的受力、變形特征，類似以框剪結構。但比框架結構的剛度分配、內力分配更合理，結構的變形協調導致的豎向位移差別，也比框剪結構小，則傳基礎荷載更均勻、合理。

參考文獻：

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