短肢剪力墙在民用建筑结构设计中的应用研究

李明燕

摘要：本文主要结合短肢剪力墙结构的含义，简要分析了其结构的优点，并且详细分析了短肢剪力墙在民用建筑结构设计中的应用。

关键词：民用建筑结构设计；短肢剪力墙；优点

前言

短肢剪力墙结构就是指剪力墙结构中存在比较多的短肢剪力墙的情况，就是一种由短肢剪力墙构成建筑其他部分，剪力墙薄壁简体构成结构平面中部的结构模式。它一般具有四个特点：第一，短肢剪力墙结构中的梁是连接建筑内各面墙的，建筑实施时可以设计在间隔墙的纵向平面里面，节省空间。第二，可以根据抗侧力来适当进行调整短肢剪力墙结构中墙的规模和数量，设计灵活科学。选择方案也是多样化的，人们的选择可以个性化，并且处理楼盖支承的方法也相对简单。第三，为了能够满足建筑平面的强度及刚度的要求，主要抗侧力构件使用了中心剪力墙。第四，短肢剪力墙结构并不会破坏、影响建筑的使用功能，相反能够合理有效的与建筑平面相融合，利用间隔墙的位置安置竖向构件。

一、短肢剪力墙结构的优点

1.可以满足建筑功能的需要

短肢剪力墙结构是在原有的普通剪力墙结构上发展起来的，因此，它仍然具有与普通剪力墙一样的，分隔和限定建筑空间的功能。不同的是，短肢剪力墻墙肢的厚度和填充墙的厚度相同，且连接建筑室内每一面墙的露梁位置处于隔墙的竖向平面内，这样的连接方式可以有效避免梁柱突出墙面，降低室内墙体结构的美观度；其次，短肢剪力墙所采用的建筑材料是轻质型材料，完全符合新时期下建筑墙体的改革方向；最后，在小高层建筑中使用短肢剪力墙结构，可以在一定程度上扩大建筑的室内面积和使用面积。

2.可以满足建筑结构设计的需要

对于楼层数量12层到16层之间的小高层建筑来说，采用短肢剪力墙结构既可以有效保证建筑结构的刚度，又可以使得室内空间方正合理，并且在一定程度上扩大建筑的使用空间。这些优点都是因为短肢剪力墙在结构设计上与普通的剪力墙结构不同。那么，断肢剪力墙在结构设计上到底具有什么样的特点呢？ 笔者对此作出以下分析。短肢剪力墙结构应用于小高层建筑时，相比于框架--抗震墙，它的结构布置更加灵活而巧妙。因为，在短肢剪力墙体系中，其墙肢和露梁都可以隐蔽在建筑墙体中，其墙肢的数量和长度都可以根据建筑抗侧力的具体需要而定，长度可长可短，数量也可多可少。这样的设计优势是一般的框架--抗震墙体系无法比拟的。其次，短肢剪力墙与普通的剪力墙相比，它能够避免钢筋材料的浪费。在传统的剪力墙结构中，往往会发生由于剪力墙的墙体过长而不符合建筑结构的要求，造成配筋的浪费，但在短肢剪力墙施工中，则不会出现这种情况；最后，断肢剪力墙可以降低建筑主体结构的重量，从而降低建筑地基基础的造价，为企业节省相关的建筑施工成本。除了以上所说的优点之外，短肢剪力墙结构还能够保证建筑主体结构能够具有一定的延展性，避免连梁的剪切破坏；如果施工得体，还可适当提高建筑主体结构的抗震等级；具有良好的承载能力和抗测力能力等等。

二、民用建筑中短肢剪力墙的结构设计

1. 短肢剪力墙的结构布置

（1）较大程度化地均匀布置短肢剪力墙的纵向及横向构件，将其轴向应力集中在平均值左右，不应该波动太大。（2）合理设计短肢剪力墙的墙肢间距，为了满足平面刚性强度的要求和强化建筑整体性，角点处、平面外边缘，尤其注意外凸位置都有必要设计布置短墙肢，这样不仅能够削弱分散荷载，还能加强梁的支撑力（两根连梁之间的墙）。（3）通常每面短肢墙连结两个不同方向的梁，并且连梁布置在墙肢的纵平面是最为合理的。连梁的宽度通常与墙肢的厚度一致；墙肢一般选择使用200mm、250mm、300mm这些适中的厚度；也可以组合布置矩形柱或者一些较长的墙。（4）短肢墙的数量不宜太多或太少，结构的刚度也要适中，必须能适应纵向荷载和抗侧力要求。（5）每道短肢剪力墙都尽可能拉直且对整齐，与连梁一起形成整片的联肢墙来提高抗侧力。

2.短肢剪力墙在设计时应注意的问题

首先，因为短肢剪力墙结构抗侧力的刚度强度比一般剪力墙结构的相对较小，所以设计时应该布置适量的长墙，或者利用楼梯间、电梯构成刚度较大的内筒，防止设防烈度下的结构变形，也构成了两道抗震设防。其次，短肢剪力墙在设计时要严格控制短肢墙的轴压比。有研究表明，在小偏压的状态下剪力墙的延展性比较差，如果混凝土的约束力不强，可能会导致纵向裂缝的出现，甚至在压碎时，使构件失去承载和变形能力。因此，规范对剪力墙的变性能力规定了轴压比的限值，也要求应按混凝土压应变大小设置约束边缘构件的设计方案，来确保改善短肢墙的延展性。第三，在进行结构的动力特性分析和杆件内力计算时，应该使用三维计算方法。此时的竖向构件有简化的薄壁杆模型和高精度力学的墙元模型。薄壁杆模型的精确度相对较低；墙元模型是板元与膜元的组合。第四，短肢剪力墙是通过连梁来连接各墙肢的，加强了墙肢的约束，增加了墙肢和结构的抗震性。结构总体抗侧刚度受到连梁刚度变化的影响，因此合理选择配筋和梁截面能够增加结构的抗震能力。设计连梁时要遵照强剪弱弯、强柱弱梁的原则，防止连梁剪切破坏。连梁刚度的逐步增大会使结构地震作用明显增大，最终导致墙肢内力和连梁的增大。这就要求必须增加构件的配筋量，在建筑的实际实施中，不宜采用窗下墙作为连梁，其高度很大，易造成刚度较大的剪切块，对结构的抗震设计有不利影响。因此，连梁设计最好是刚度、截面较小的弱连梁。

三、短肢剪力墙结构的应用实例

某住宅楼，主体结构地上18层地下1层，建筑面积约13000m2， 为达到降低成本的目的，结构设计者需要对结构方案进行优化设计，在保证结构体系安全可靠的前提下，降低主体结构含钢量。因此，结构设计者做了以下两个结构方案，通过比较，从中优选出最优方案。

方案一： 筒体与短肢剪力墙结合使用。"筒体"是指： 以楼梯间、电梯间四周墙体组成钢筋混凝土核心筒。筒体承受主要水平力。

本方案结合建筑平面布置竖向构件，剪力墙的布置与墙肢长度根据数值模拟的计算结果进行多次调整，主要视抗侧力的需要以及轴压比的限值而定，并通过调整剪力墙布置以调整整体刚度和刚度中心的位置；数值模拟计算采用三维有限元分析软件PKPM结构软件。在水平力作用下结构各层的位移角，可见结构的抗侧力性能满足要求。相对于普通剪力墙结构体系，由于减少了剪力墙数量，结构自重降低，整体刚度也适当降低，地震响应减弱，有利于基础设计，同时也降低了工程造价。

方案二： 普通剪力墙结构。根据建筑要求和一般原则设置剪力墙，保持结构刚度在平面上分布的均匀性，有条件的尽量使剪力墙对称布置#剪力墙构件通过梁板的连接形成整体抗侧力强度和刚度很高的体系#若房屋高度不大，会因刚度过大使结构的地震反应加剧，导致结构内力增大，使造价提高并且对结构安全不利，并非是理想的方案。数值模拟计算采用PKPM-SAT-WE结构软件。

通过以上两种方案计算结果的对比发现，在结构受力情况和经济指标两个方面，第一方案均优于第二方案。

参考文献：

[1]王燕飞.短肢剪力墙结构设计探析.四川建筑，2000.

[2]倪薇.短肢剪力墙结构在"小高层"中的应用.住宅科技，2000.