民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用

付小平 虞祝帅

摘要：随着社会经济的飞速发展和人类生活水平的提高，人们对物质追求也提出了新要求。尤其是住宅建筑结构，在社会发展的现阶段更是出现了五花八门、满目琳琅的现象，这就要求人们在工作中不仅要在外观设计中追求样式创新，对于空间结构在保证住宅功能的基础上设计的更加人性化、美观化。在这种建筑时代背景下，建筑设计工程师为了满足人们对建筑结构的新要求，不断的追求和思考新的结构模式，这就使得剪力墙结构的应用逐渐广泛。本文从短肢剪力墙结构设计概念和原则入手，着重探讨了其在建筑结构设计中的应用，旨在为同行工作提供参考。

关键词：民用建筑；短肢剪力墙；要求；应用

中图分类号：TD229文献标识码： A

引言

民用建筑是社会经济飞速发展和科学技术不断进步的产物，是城市人口集中、人口众多、用地紧张和商业竞争加剧的必然趋势。在高层建筑工程中，建筑结构设计是整个工程项目工作重点，也是提高建筑结构的实用性、耐久性的关键。剪力墙结构作为目前建筑工程领域中极为常见的一种，在大中型高层建筑结构中应用极为广泛，其在提高建筑结构整体性、耐久性方面发挥着不可替代的作用。

一、短肢剪力墙结构的布置原则及特点

(1)应该尽量均匀布置短肢剪力墙，以保证建筑物相一致的质心和刚心，在地震中避免发生扭转。(2) 在间隔墙的交接处主要布置短肢剪力墙，布置竖向构件利用间隔墙位置，与建筑使用功能基本上不发生矛盾。要根据具体的抗侧力要求进行确定墙肢的数量，不能过少或过多，主要视抗侧力的需要而定，以免结构过柔或者过刚。 (3)当建筑物造型不规则时或者水平荷载较大时，为了加强结构的整体性和满足结构平面刚度的要求，在边缘处及平面外各角点应該布置短肢剪力墙。(4)在结构布置方面可调整性及灵活性大，可选择的方案较多，较易处理楼盖的支承，使其形成成片的联肢抗侧力结构。

二、民用建筑中的短肢剪力墙技术

（一）、短肢剪力墙结构设计要求

在目前的建筑结构设计中，剪力墙的应用极为广泛，特别是在大型的高层建筑物中，其身影更是随处可见。剪力墙，又称为抗风墙、抗震墙或者结构墙，顾名思义，它在房屋与各大建筑物中主要起着承受风荷载，或由于地震作用而引起的水平荷载，为建筑物起着主要的支撑作用。

(1)民用建筑高度要求剪力墙结构震害会随着建筑高度的增加而增大，因此要对剪力墙结构建筑的高度严格限制。

(2)结构布置合理性民用建筑结构的布置要尽量简洁、规则，这样才能保证结构质心和刚心接近。对于剪力墙结构而言，要保证剪力墙方案中的墙片大小、墙量多少和布置的合理性，并坚持均匀、对称和分散的基本原则，墙片不能过长。另外还要控制好剪力墙的间距，并在外纵轴设置相应的开洞剪力墙，这样才能增强结构的横向抗倾覆能力，避免在边柱的位置产生较大的应力。

（二）、短肢剪力墙结构的抗震设计

短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节是底部外围的小墙肢、建筑物角点处的墙肢以及连梁等构件，尤其是发生扭转时，建筑物外角点处和边缘的墙肢就会首先开裂。对于层数较高的短肢剪力墙结构在地震作用下，将主要发生弯曲变形，将破坏严重底部外围的小墙肢，特别是“一”字形小墙肢破坏最严重。由于墙肢刚度相对减少，在短肢剪力墙结构中，增加连梁受剪破坏的可能性，因此对这些薄弱环节，设计中更应当加强抗震构造和概念设计措施。在平面上短肢剪力墙结构分布要力求均匀，使建筑物的质心和刚度中心尽量接近，以减小扭转效应。适当的增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度，加强墙肢端部的暗柱配筋量，为了提高墙肢的延性和承载力，墙肢截面的轴压比严格控制。连梁是一个耗能结构构件，高层建筑中连梁的剪切破坏将会使结构的延性降低，在具体设计工作中对抗震极其不利，应进行“强剪弱弯”的验算连梁，宜在两个方向均有梁与之拉结短肢剪力墙结构中的短肢剪力墙，在各墙肢的竖平面内宜布置连梁，避免采用“一”字形短肢剪力墙，且短肢剪力墙配筋应当符合相应的规范要求。

三、短肢剪力墙结构体系的计算

短肢剪力墙只不过是采用较短的剪力墙肢，属于剪力墙结构体系，而且通常采用T形、L形、[形、+形等，与普通剪力墙结构其所采用的配筋力式、计算模型和构造要求均相同，一般采用薄壁杆元(TAT)来分析短肢剪力墙结构，将墙视为薄壁杆件，每端有7个自由度(比普通杆元多一个截面翘曲角在每端6个自由度，即扭转角沿纵轴的导数) 按矩阵位移法考虑了墙单元非平面变形的影响，形成总刚度矩阵由单元刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大。假定未知量减少部分之后求解，它未知量少，适用于各种平面布置，精度较高。但是，由于薄壁杆件理论对剪切变形的影响没有考虑，该模型在分析结构布置复杂、剪力墙较为低宽 (如有转换层)时，也存在一些不足。

在处理结构布置复杂的问题时可采用壳元模型分析，但应加细单元的划分比如设有转换层的短肢剪力墙结构，通常的处理力法是将电梯间、核心筒等少部分剪力墙落地，其余剪力墙框支框支剪力墙是受力而向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递因此，带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件(如SATWE)进行计算当然，从整体上的内力(特别是下部支承柱的内力)分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用TAT，TBSA对结构进行整体计算的。

四、短肢剪力墙设计过程中需要注意的问题

（一）、严格控制短肢墙的轴压比，尤其是无翼缘或端柱的“一”字形短肢剪力墙。目前，根据国内外研究结果，在承受压弯作用的剪力墙中，当处于小偏压状态时，墙的延性较差。不仅如此，即使在大偏压状态下，若轴压比较大，混凝土受压区的边缘应力很高，如果混凝土没有约束或约束不够，可能混凝土先达到极限压应变，出现竖向裂缝，甚至压碎，使构件丧失变形能力和承载能力。因此，在设计时，应严格控制短肢墙的轴压比，以保证短肢墙的延性。

（二）、短肢剪力墙的各墙肢通过连梁连接，这就增加了墙肢的约束，提高了墙肢和结构的抗震性能。连梁的刚度变化会影响结构总体抗侧移刚度，合理地选择梁截面和配筋，也有利于提高结构的抗震性能。设计连梁时，要遵循强剪弱弯、强柱弱梁的要求，避免连梁剪切破坏过早破坏。随着连梁刚度的逐渐增大，结构地震作用也会显著增大，并最终造成连梁和墙肢内力的增大。因此，必须增大构件的配筋量，在实际的工程建设过程中，最好不要使用窗下墙作为连梁结构，这主要是因为窗下墙的高度很大，容易造成刚度很大的剪切块部分，这非常不利于结构的抗震设计，因此，最好将连梁设计成为截面、刚度较小的弱连梁结构。

（三）、应采取三维计算方法进行结构的动力特性分析和杆件内力计算。这时对于竖向构件又有薄壁杆模型与墙元模型，前者是一种简化模型，但精确度较低:后者是板元与膜元的组合，是一种高精度力学模型。

（四）、小高层住宅在设计时，为避免连梁剪切破坏先于弯曲破坏，应满足强剪弱弯的要求:不宜采用窗下墙作为连梁，因为窗下墙高度很大，形成刚度很大的剪切块，不利于结构的抗震设计，所以，宜将连粱设计成为截面、刚度较小的弱连梁。

结束语

总之，科技进步一日千里，新型墙体的材料不断出现也推动了短肢剪力墙结构的进一步应用，这一结构在建筑市场仍有着广阔的前景。设计工作者应在充分结合实践的基础上，设计出性能更优#更经济的建筑。

参考文献

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[2]杜艳玲,张大海.浅谈房屋剪力墙结构设计[J].黑龙江科技信息,2010(4).

[3]杨星.短肢剪力墙结构设计中若干问题的探讨[J].建筑结构,2007.