分析短肢剪力墙在民用建筑结构设计中的运用

2021-07-12石远松

建材与装饰 2021年20期

石远松

（贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州贵阳 550081）

0 引言

在民用建筑中，建筑结构设计的重要性毋庸置疑，通过在设计中优化整体布局，能够令建筑设计变得更加合理，进而满足人们日益正常的居住需求。而且短肢剪力墙在应用期间，还能够有效提高建筑结构侧向刚度，增加建筑稳定性与安全性。因此，有必要对民用建筑结构设计中的短肢剪力墙进行研究。

1 短肢剪力墙综述

在民用建筑设计期间，框架、剪力墙等结构极为常见，而短肢剪力墙则是一种特殊剪力墙，其厚度要比普通剪力墙更小。通常情况下，短肢剪力墙的厚度会控制在300mm以内，从结构角度出发，由于短肢剪力墙长度短且性能优异，因此可以在民用建筑发挥出重要作用，图1为剪力墙施工。

图1 剪力墙施工

1.1 平面布局灵活

短肢剪力墙的长度相对较小，所以在建筑平面设计中能够发挥出极强的灵活性，而且短肢剪力墙的厚度偏小，不仅能够降低成本，还可以为民用建筑的室内设计带来更大的空间。在设计过程中，通过利用短肢剪力墙来完成灵活布局，能够让建筑空间造型变得更加新颖。

1.2 结构性能强

短肢剪力墙由于结构形状相对较为特殊，所以短肢剪力墙具有相对较高的侧向刚度，由于其厚度较小，还能够在隔墙施工时与各种材料相互搭配，并隐藏在隔墙中。因此短肢剪力墙能够在保证结构性能的同时赋予建筑空间更加多变的设计风格，进而满足业主的实际要求。

2 民用建筑短肢剪力墙的运用要点

生活水平的不断提高让人们对于房屋建筑的需求逐渐增加，为了保证民用建筑的设计质量，设计者往往会利用短肢剪力墙，通过在设计中发挥出短肢剪力墙的优势，以此来优化设计方案。

2.1 剪力墙的数量与布置

在民用建筑结构设计中，必须重点关注结构受力情况，竖向荷载、侧向刚度等参数都必须满足建筑的实际性能要求。在设计短肢剪力墙时，必须重点关注剪力墙的数量与布置形式，在此期间，应该优先计算荷载参数，以此来确定竖向荷载的需求，然后需要结合实际需求按照布局设计来完成剪力墙的布置。只要短肢剪力墙能够满足受力需求，就可以配合装修施工来灵活调整建筑造型，在保证受力的先决条件下降低工程成本[1]。

2.2 短肢剪力墙的形状

短肢剪力墙具有优异的灵活性，能够在使用中结合建筑结构布局来调整其位置形状。在灵活性的帮助下，短肢剪力墙无疑具有更加丰富的设计方式，能够为设计者带来更为广阔的设计空间。即便如此，设计人员同样需要注意建筑的结构、功能需求，只有结合实际需求来完成短肢剪力墙的布置，才能够真正发挥出短肢剪力墙的结构优点，通过选择合理的位置、形状，能够令剪力墙与连梁的贴合更加充分，避免因为布置问题而导致结构裂缝等故障问题的发生。

2.3 短肢剪力墙高度

在民用建筑结构设计阶段，要加强对短肢剪力墙高度的控制，只有降低其高度，才能够保证结构性能不受影响。短肢剪力墙自身的侧向刚度、抗震能力与其自身高度成反比，过高的结构设计将会对其性能造成非常严重的影响。为了防止短肢剪力墙产生竖向裂缝，还可以利用布设钢筋的方式来提高约束力，进而增加建筑结构的延性。

3 民用建筑结构设计对短肢剪力墙的运用

在民用建筑中，为了增加结构稳定性与安全性，会采用短肢剪力墙来提高结构性能，而且短肢剪力墙的灵活性还能够令民用建筑的总体布局变得更加合理。

3.1 短肢剪力墙的简洁性

短肢剪力墙能够发挥出荷载支撑、提高观赏性等作用。在民用建筑设计中，由于剪力墙的增高将会影响抗震能力，所以必须严格限制其高度。为了保证短肢剪力墙的设计合理性，要在设置短肢剪力墙时保证足够简洁与规则，只有这样才能够令建筑结构质心与刚心保持接近。对于短肢剪力墙而言，方案设计时要严格设定墙片、墙量等参数，通过始终坚持均匀、对称、分散的结构设计原则，能够令短肢剪力墙的施工效果完全发挥出来。除此之外，还应该关注短肢剪力墙的间距设计，针对外纵轴布设开洞剪力墙，利用这种设计模式能够有效提高建筑结构的横向抗倾覆效果，避免因为边柱位置的应力过大而影响民用建筑质量[2]，图2为短肢剪力墙构造布置图。

图2 某住宅楼短肢剪力墙构造布置

3.2 短肢剪力墙的抗震设计

在短肢剪力墙中，抗震性能较为薄弱的环节便是处于建筑底部外围的小墙肢以及角点墙肢、连梁等零部件。特别是在建筑出现扭转问题时，外角点与边缘墙肢将会优先产生开裂的情况。若民用建筑的短肢剪力墙处于较高的楼层，则在地震影响下，就会出现较大的弯曲变形问题，此时小墙肢受到的影响往往最为严重，而且因为其刚度相对更低，所以还会明显提高连梁受剪破坏的概率。所以在使用短肢剪力墙进行民用建筑结构设计时，必须重点关注抗震性能的设计，通过设计可以令结构受力分布变得更加均匀，当民用建筑质心与刚心接近时，将会明显降低扭转效应所带来的影响。通过适当提高平面外边缘与角点位置处的墙肢厚度，并增加端部配筋量，能够大幅提高短肢剪力墙的抗震能力。除此之外，为了进一步增加墙肢的各项性能参数，还要严格控制截面轴压比。需要注意的是，连梁作为耗能构件，在高层民用建筑中会因为剪切破坏而影响到结构延性，所以在设计期间往往会影响建筑的抗震性能，只有利用强剪弱弯来实现连梁计算，才能保证抗震能力满足建筑物的实际需求，进而提高短肢剪力墙的布设效果。

3.3 结构体系计算

短肢剪力墙所使用的墙肢相对较短，其与常规剪力墙的配筋形式、计算模型等基本一致。可以利用薄壁杆元的方式来实现结构分析，通过将剪力墙看作薄壁杆件，能够有效提高计算效率，相较于普通杆元而言，短肢剪力墙每端具有7个自由度，可以结合矩阵位移法来综合考量墙单元非平面变形所造成的影响。所形成的刚度矩阵则可以通过单元矩阵引入平面刚度，设定未知量降低数量后计算，此时便可以实现平面布置求解。而在针对复杂问题进行计算时，则可以利用壳元模型来进行分析，分析期间应该加强对于细节单元的划分。例如，在面对不具备转换层的短肢剪力墙时，就可以将电梯间等剪力墙落地来完成过渡。薄壁杆件连接采用的是点连接，这种连接模式难以有效处理连续位移以及力的传递，因此可以优先利用墙元模型来完成计算，以此来保证计算效果。除此之外，在计算过程中必须结合实际需求来选择计算方式，否则很容易影响短肢剪力墙的正常布置。

3.4 结构设计的注意事项

短肢剪力墙在结构设计中，要重点关注以下几点：①墙体整体性能参数。在民用建筑中，墙体不仅需要承受竖向荷载以及侧向力，还需要承受很多其他的力学性能，例如结构偏心力、剪切力等，因此在进行平面结构设计时，必须重点关注整体性能指标。短肢剪力墙的各项参数都会对其整体性能指标带来影响。例如其刚度就会随着高度增加而提高，但是高度却会影响竖向荷载，只有在不同作用力的影响下找到结构设计中的平衡点，才能够将短肢剪力墙的优势真正发挥出来。在此期间，可以通过利用异型剪力墙来优化民用建筑的整体性能，这样才能确保设计方案得以满足建筑工程实际要求[3]；②控制钢筋含量。在短肢剪力墙设计中，钢筋将会直接关系到结构延性，由于其材料价格相对偏高，因此大量利用钢筋将会增加建筑成本，所以必须通过优化设计来平衡建筑成本与建筑性能之间问题。只有在保证建筑性能的基础上合理降低钢筋用量，才能够进一步提高民用建筑的经济效益；③构造钢筋设计。构造钢筋的设计施工质量将会影响到边缘约束力，降低墙体延性，所以在设计中要结合需求进行设计，设计重点为纵向、横向钢筋，只有保证钢筋直径、间距满足受力条件，才能保证墙体结构性能。