分析短肢剪力墻在民用建筑結構設計中的運用

石遠松

（貴陽建筑勘察設計有限公司，貴州貴陽 550081）

0 引言

在民用建筑中，建筑結構設計的重要性毋庸置疑，通過在設計中優化整體布局，能夠令建筑設計變得更加合理，進而滿足人們日益正常的居住需求。而且短肢剪力墻在應用期間，還能夠有效提高建筑結構側向剛度，增加建筑穩定性與安全性。因此，有必要對民用建筑結構設計中的短肢剪力墻進行研究。

1 短肢剪力墻綜述

在民用建筑設計期間，框架、剪力墻等結構極為常見，而短肢剪力墻則是一種特殊剪力墻，其厚度要比普通剪力墻更小。通常情況下，短肢剪力墻的厚度會控制在300mm以內，從結構角度出發，由于短肢剪力墻長度短且性能優異，因此可以在民用建筑發揮出重要作用，圖1為剪力墻施工。

圖1 剪力墻施工

1.1 平面布局靈活

短肢剪力墻的長度相對較小，所以在建筑平面設計中能夠發揮出極強的靈活性，而且短肢剪力墻的厚度偏小，不僅能夠降低成本，還可以為民用建筑的室內設計帶來更大的空間。在設計過程中，通過利用短肢剪力墻來完成靈活布局，能夠讓建筑空間造型變得更加新穎。

1.2 結構性能強

短肢剪力墻由于結構形狀相對較為特殊，所以短肢剪力墻具有相對較高的側向剛度，由于其厚度較小，還能夠在隔墻施工時與各種材料相互搭配，并隱藏在隔墻中。因此短肢剪力墻能夠在保證結構性能的同時賦予建筑空間更加多變的設計風格，進而滿足業主的實際要求。

2 民用建筑短肢剪力墻的運用要點

生活水平的不斷提高讓人們對于房屋建筑的需求逐漸增加，為了保證民用建筑的設計質量，設計者往往會利用短肢剪力墻，通過在設計中發揮出短肢剪力墻的優勢，以此來優化設計方案。

2.1 剪力墻的數量與布置

在民用建筑結構設計中，必須重點關注結構受力情況，豎向荷載、側向剛度等參數都必須滿足建筑的實際性能要求。在設計短肢剪力墻時，必須重點關注剪力墻的數量與布置形式，在此期間，應該優先計算荷載參數，以此來確定豎向荷載的需求，然后需要結合實際需求按照布局設計來完成剪力墻的布置。只要短肢剪力墻能夠滿足受力需求，就可以配合裝修施工來靈活調整建筑造型，在保證受力的先決條件下降低工程成本[1]。

2.2 短肢剪力墻的形狀

短肢剪力墻具有優異的靈活性，能夠在使用中結合建筑結構布局來調整其位置形狀。在靈活性的幫助下，短肢剪力墻無疑具有更加豐富的設計方式，能夠為設計者帶來更為廣闊的設計空間。即便如此，設計人員同樣需要注意建筑的結構、功能需求，只有結合實際需求來完成短肢剪力墻的布置，才能夠真正發揮出短肢剪力墻的結構優點，通過選擇合理的位置、形狀，能夠令剪力墻與連梁的貼合更加充分，避免因為布置問題而導致結構裂縫等故障問題的發生。

2.3 短肢剪力墻高度

在民用建筑結構設計階段，要加強對短肢剪力墻高度的控制，只有降低其高度，才能夠保證結構性能不受影響。短肢剪力墻自身的側向剛度、抗震能力與其自身高度成反比，過高的結構設計將會對其性能造成非常嚴重的影響。為了防止短肢剪力墻產生豎向裂縫，還可以利用布設鋼筋的方式來提高約束力，進而增加建筑結構的延性。

3 民用建筑結構設計對短肢剪力墻的運用

在民用建筑中，為了增加結構穩定性與安全性，會采用短肢剪力墻來提高結構性能，而且短肢剪力墻的靈活性還能夠令民用建筑的總體布局變得更加合理。

3.1 短肢剪力墻的簡潔性

短肢剪力墻能夠發揮出荷載支撐、提高觀賞性等作用。在民用建筑設計中，由于剪力墻的增高將會影響抗震能力，所以必須嚴格限制其高度。為了保證短肢剪力墻的設計合理性，要在設置短肢剪力墻時保證足夠簡潔與規則，只有這樣才能夠令建筑結構質心與剛心保持接近。對于短肢剪力墻而言，方案設計時要嚴格設定墻片、墻量等參數，通過始終堅持均勻、對稱、分散的結構設計原則，能夠令短肢剪力墻的施工效果完全發揮出來。除此之外，還應該關注短肢剪力墻的間距設計，針對外縱軸布設開洞剪力墻，利用這種設計模式能夠有效提高建筑結構的橫向抗傾覆效果，避免因為邊柱位置的應力過大而影響民用建筑質量[2]，圖2為短肢剪力墻構造布置圖。

圖2 某住宅樓短肢剪力墻構造布置

3.2 短肢剪力墻的抗震設計

在短肢剪力墻中，抗震性能較為薄弱的環節便是處于建筑底部外圍的小墻肢以及角點墻肢、連梁等零部件。特別是在建筑出現扭轉問題時，外角點與邊緣墻肢將會優先產生開裂的情況。若民用建筑的短肢剪力墻處于較高的樓層，則在地震影響下，就會出現較大的彎曲變形問題，此時小墻肢受到的影響往往最為嚴重，而且因為其剛度相對更低，所以還會明顯提高連梁受剪破壞的概率。所以在使用短肢剪力墻進行民用建筑結構設計時，必須重點關注抗震性能的設計，通過設計可以令結構受力分布變得更加均勻，當民用建筑質心與剛心接近時，將會明顯降低扭轉效應所帶來的影響。通過適當提高平面外邊緣與角點位置處的墻肢厚度，并增加端部配筋量，能夠大幅提高短肢剪力墻的抗震能力。除此之外，為了進一步增加墻肢的各項性能參數，還要嚴格控制截面軸壓比。需要注意的是，連梁作為耗能構件，在高層民用建筑中會因為剪切破壞而影響到結構延性，所以在設計期間往往會影響建筑的抗震性能，只有利用強剪弱彎來實現連梁計算，才能保證抗震能力滿足建筑物的實際需求，進而提高短肢剪力墻的布設效果。

3.3 結構體系計算

短肢剪力墻所使用的墻肢相對較短，其與常規剪力墻的配筋形式、計算模型等基本一致。可以利用薄壁桿元的方式來實現結構分析，通過將剪力墻看作薄壁桿件，能夠有效提高計算效率，相較于普通桿元而言，短肢剪力墻每端具有7個自由度，可以結合矩陣位移法來綜合考量墻單元非平面變形所造成的影響。所形成的剛度矩陣則可以通過單元矩陣引入平面剛度，設定未知量降低數量后計算，此時便可以實現平面布置求解。而在針對復雜問題進行計算時，則可以利用殼元模型來進行分析，分析期間應該加強對于細節單元的劃分。例如，在面對不具備轉換層的短肢剪力墻時，就可以將電梯間等剪力墻落地來完成過渡。薄壁桿件連接采用的是點連接，這種連接模式難以有效處理連續位移以及力的傳遞，因此可以優先利用墻元模型來完成計算，以此來保證計算效果。除此之外，在計算過程中必須結合實際需求來選擇計算方式，否則很容易影響短肢剪力墻的正常布置。

3.4 結構設計的注意事項

短肢剪力墻在結構設計中，要重點關注以下幾點：①墻體整體性能參數。在民用建筑中，墻體不僅需要承受豎向荷載以及側向力，還需要承受很多其他的力學性能，例如結構偏心力、剪切力等，因此在進行平面結構設計時，必須重點關注整體性能指標。短肢剪力墻的各項參數都會對其整體性能指標帶來影響。例如其剛度就會隨著高度增加而提高，但是高度卻會影響豎向荷載，只有在不同作用力的影響下找到結構設計中的平衡點，才能夠將短肢剪力墻的優勢真正發揮出來。在此期間，可以通過利用異型剪力墻來優化民用建筑的整體性能，這樣才能確保設計方案得以滿足建筑工程實際要求[3]；②控制鋼筋含量。在短肢剪力墻設計中，鋼筋將會直接關系到結構延性，由于其材料價格相對偏高，因此大量利用鋼筋將會增加建筑成本，所以必須通過優化設計來平衡建筑成本與建筑性能之間問題。只有在保證建筑性能的基礎上合理降低鋼筋用量，才能夠進一步提高民用建筑的經濟效益；③構造鋼筋設計。構造鋼筋的設計施工質量將會影響到邊緣約束力，降低墻體延性，所以在設計中要結合需求進行設計，設計重點為縱向、橫向鋼筋，只有保證鋼筋直徑、間距滿足受力條件，才能保證墻體結構性能。

4 結論

總而言之，在民用建筑結構設計中，短肢剪力墻的重要性毋庸置疑，短肢剪力墻的靈活性與結構性能將會大幅提高民用建筑的各項性能指標。相信隨著更多人了解短肢剪力墻在民用建筑中的優勢，短肢剪力墻的設計施工效果將會變得更好。