小高層建筑結構中短肢剪力墻的設計要點分析

石詩慧

摘要：伴隨城市化發展進程的持續深入，城市中小高層建筑的規模與日俱增。其中，短肢剪力墻結構得到了廣泛應用。本文將從短肢剪力墻的布置數量角度出發，對其概念、應用優勢以及特征等進行介紹，同時闡述其構造要求，從抗震設計、短肢剪力墻的選擇應用、剪力墻洞的布置以及結構優化等層面著手，指出小高層建筑結構中短肢剪力墻的設計要點，以期為有關設計人員提供參考。

Abstract： With the continuous deepening of the urbanization development process， the scale of urban small and medium-sized

high-rise buildings is increasing day by day. Among them， the short-leg shear wall structure has been widely used. This article introduces the concept， application advantages and characteristics of the short-leg shear wall from the perspective of the number of layouts， at the same time explains its structural requirements， from the seismic design， the selection and application of short-leg shear wall， the layout of shear wall holes and structural optimization， ?it points out the design points of short-leg shear wall in small high-rise building structures in order to provide reference for relevant designers.

關鍵詞：小高層建筑;短肢剪力墻結構;設計要點;結構布置;抗震性能

Key words： small high-rise building;short-leg shear wall structure;design points;structure layout;seismic performance

中圖分類號：[TU355] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）17-0157-02

0 ?引言

在如今的小高層建筑當中，短肢剪力墻結構極為常見，此結構的設計質量能夠對整體結構穩定性、安全性產生直接影響。所以，為了確保小高層建筑的安全適用，設計部門應對此結構類型展開全面分析和優化，使其能夠與國家有關標準相符合，保證施工得以順利進行，最終推動建筑行業穩定、長遠發展。

1 ?短肢剪力墻綜述

1.1 概念

對于小高層建筑的平面、空間特殊布局與要求而言，短肢剪力墻結構具有重要的作用。伴隨建筑行業的全面發展，傳統的框架結構因為受制于建筑立體空間、露梁及露柱等因素，使得大部分建筑獨特需要無法被滿足。在研討過程中，廣大設計人員充分結合了傳統框架結構的優勢以及先進經驗，也對優化短肢剪力墻結構的構造設計等相關工作提出進一步要求。從實踐中可知，短肢剪力墻結構即墻肢體的高度和厚度均小于300mm的結構形式，該結構各肢橫截面的高度和厚度的最大比值處在4-8范圍內，屬于剪力墻結構的一種。然而需要有關人員注意的是，該結構并不能徹底應用于小高層建筑結構當中，實際設計過程中需要采用合適的手段以及方法[1]。

1.2 應用優勢

將短肢剪力墻結構應用于小高層建筑中，能夠使建筑室內空間得到合理拓展，以便滿足居民對于室內空間的特殊需求。短肢剪力墻結構具備此類功能的主要原因，便是在展開設計時，對平面布置因素加以綜合考慮，從而把內隔墻當作一類特殊建筑構件，并且合理地將其應用于建筑結構系統當中，進而使各相關構件的配置得以有效優化。設計人員在設計短肢剪力墻結構的時候，應當按照此類建筑結構的實際特征來對短肢剪力墻實際需要應用的數量進行有效控制，并在建模計算時及時調整剛度與強度，必須對抗側力要求加以全面掌握，同時按照抗側力合理布置短肢剪力墻結構系統[2]。

1.3 特征

①在開展短肢剪力墻結構的設計時，應當結合隔墻來布置短肢剪力墻結構豎向構件，從而保證對此類結構的可靠連接，進而充分發揮出建筑結構實際應用功能。②在小高層建筑項目的設計階段，技術人員應該結合項目具體狀況來判斷短肢剪力墻結構具體數量、位置以及長短，另外也應當采用合理手段來科學調節短肢剪力墻結構系統，以便保證此結構可以與實際施工需求相符合。③在布置短肢剪力墻結構的過程中可知，其靈活性較高，而這便可不斷豐富相關的設計施工方案，經過篩選、優化，得以使此類結構類型獲得更好的安全性、適用性、經濟性。④在將短肢剪力墻結構應用于小高層建筑當中時，可以在很大程度上隱蔽梁柱，傳統長肢剪力墻結構的優勢較小。

2 ?短肢剪力墻體系構造要求

短肢剪力墻結構系統的構造要求和普通剪力墻結構是一致的。如今在我國此類結構體系的設計過程中，一般會以兩類方法設計短肢剪力墻結構體系端部的暗柱：①將暗柱設置到端部;②在腹部均勻地配筋。此外，若短肢剪力墻的肢長比較長，便應當合理設置剪力墻的豎向以及水平向的分布筋。需要注意的是，異形柱的配筋方法與腹部的均勻配筋較為相似，因此可以設置腹部鋼筋面積為豎向分布筋，隨后在端部放置計算所得暗柱鋼筋的面積。

設計人員應該對短肢剪力墻連梁斜截面的抗剪極限承載力以及正截面的極限承載力等展開計算。如今，正截面的極限承載力計算主要采用的方法為全過程分析法。同時，短肢剪力墻連梁正截面的配筋應該根據矩形截面構件展開計算，主要是取梁下筋和上部配筋較大值，隨后根據對稱配筋將其放置到梁截面的下部與上部，進而結合斜截面的抗剪極限承載力計算箍筋，并沿連梁的全跨進行加密設置。除此之外，在抗震設計連梁結構的時候，需要塑性調幅其彎矩。在降低部分連梁的上部彎矩設計值之后，還需要及時加大連梁下部彎矩設計值。

3 ?小高層建筑結構中短肢剪力墻的設計要點

3.1 抗震設計

3.1.1 振型數相關要求

在實際設計中，從根本上需要確保的相關要求為：振型的參與質量超過總質量的90%。其中，結構的形式及其層數將決定振型數，即振型數會在整體剛度有較大的突變或者結構本身擁有較大的剛度時取值較大。

3.1.2 連梁剛度的折減

在小高層建筑當中，其連梁屬于一類耗能型的建筑構件，一旦剪切破壞連梁將會降低結構延性，這對建筑抗震是極為不利的，因此在設計過程中需要根據強剪弱彎的延性需求原則來計算連梁剛度。在設計小高層建筑結構的時候，連梁剛度出現一些降低是被允許的，在相應設計程序當中，對開裂后連梁的剛度情況加以反映的主要是連梁剛度的折減系數。需要注意的是，在短肢剪力墻結構系統當中，其墻肢有著較小的剛度，而對各個墻肢加以連接的梁和傳統框架梁較為相似，但是和普通剪力墻之間連梁有所不同，所以不可在對總體信息加以計算時大幅度下調連梁剛度，進而降低其設計內力。需要根據傳統框架梁相應要求對混凝土受壓區的高度進行控制，在削弱其對應梁端的負彎矩鋼筋時，應該考慮塑性因素進行70%、80%的調幅。

3.1.3 抗震構造的重要設計參數

對于短肢剪力墻的底部加強部位，應調整剪力設計值，剪力增大系數一級取1.6，二級取1.4，三級取1.2，其他各層一、二、三級時剪力設計值的增大系數分別為1.4、1.2、1.1。同時，需要確保短肢剪切墻的截面厚度不小于200mm。在考慮抗震構造的時候，需要確保底部超過1.2%的配筋率，而其余部分超過1%的配筋率[3]。

3.1.4 布置結構注意事項

將短肢剪力墻結構應用于小高層建筑當中時，應該結合對應圖紙中的相關要求，對該剪力墻加以合理的、均勻的布置，另外墻體軸向壓力需要在特定范圍中得以控制，嚴禁出現過大的差值。需要注意的是，在展開豎向布置時，需要盡量保證上下墻肢對齊，最大限度地使結構受力連續。應確保洞口位置準確，設置連梁后使結構抗側力得以提高，進而全面提升短肢剪力墻結構系統整體抗震性能。

3.2 短肢剪力墻選擇應用

短肢剪力墻結構并非可以被應用于所有小高層建筑當中，因此在設計過程中，應當確保傳統剪力墻和短肢剪力墻搭配設計的方式，而這兩種剪力墻可以一同抵御水平地震作用。短肢剪力墻結構若建筑高度不超過100m，在抗震設計時高厚比宜為7。

3.3 剪力墻洞的布置

①必須嚴格遵循相應標準設計洞口的位置。若想確保剛度間距和墻肢洞口不會過大，則需要把洞口設計成排狀或者列狀，使應力的分布規則得到有效保障，并且確保連梁和墻肢傳力路徑明晰。②如果在設計過程中應用錯洞剪力墻以及疊合錯洞墻，由于其沒有適當的洞口距離，極易出現不規則的墻肢，加之構造布局與應力較為復雜，洞口便會存在薄弱處，因此應當最大限度地確保不在這些洞口位置設置剪力墻，另外在工程需要的時候，還應加強疊合洞口，填充洞口時應選擇輕質的材料。③在設計洞口的時候可以運用更為精準的方法加以分析，同時采用更多有限元軟件分析模型，從而可靠處理大部分不規則的開洞。

3.4 優化短肢剪力墻結構的主要思路

①在展開抗震設計的時候，相比于結構總體傾覆力矩，剪力墻與筒體承受的第一振型下底部地震傾覆力矩應超過一半。②需要重新調整底部以及其余各層剪力設計值，其中包括了抗震設計以及非抗震設計過程，以防在水平作用之初便剪壞短肢剪力墻，同時需要保證短肢剪力墻不小于200mm的截面厚度。③若想使短肢剪力墻延展性能得以有效改善：一級抗震等級時，各層短肢剪力墻軸壓比在重力荷載代表值作用之下不會超過0.5。二級與三級抗震等級時，各層短肢剪力墻軸力值的最高軸壓比應低于0.6和0.7。對于一字形短肢剪力墻而言，特別是在其無翼緣與端柱時，由于其延性更差，因此需要將軸壓比限值另外降低0.1。④對剪力墻需要強化的部位加以確定之時，應關注剪力墻頂層以及樓梯電梯間墻等部位，以及結構塑性鉸的部位。⑤應適當擴大加強范圍，在一般情況下，若剪力墻結構超過150m，最合適的強化位置高度應位于整體墻肢的10%處。為了充分提升建筑整體抗震性能，需要重點關注墻體強化部位、控制肢長、抗震構造要求等。

4 ?結合實例對比經濟性分析

某項目總計有11層層數，總高度31.9m，每層層高標準為2.9m。與普通剪力墻的設計方案為對比基礎，改變墻肢的長度，讓短肢剪力墻結構承受傾覆力矩的比例變化，按照結構承擔底部傾覆力矩在總地震傾覆力矩中占比劃分的三種方案，占比分別是31%、39%和48%。對比四種方案造價可知，其單層土建總造價分別為64.11萬元、61.19萬元、61.36萬元以及61.28萬元，占比為31%的方案造價最低。由此可見，短肢剪力墻比普通剪力墻經濟性更高，另外在底部傾覆力矩在總地震傾覆力矩中占比提升的過程中會使總造價上升。

5 ?結論

總之，將短肢剪力墻結構應用于小高層建筑結構當中，可以使建筑結構整體強度以及剛度得到保障，同時這也與項目設計施工相關規范標準相符合，能夠在保證結構穩定安全的基礎上提升小高層建筑的美觀與整體性。然而在實際應用過程中，短肢剪力墻結構依然存在一些缺陷，因此，有關人員必須嚴格遵循相關規范要求，提升結構設計合理性、適用性與經濟性，以便從源頭保證項目的最終質量。

參考文獻：

[1]吳曉磊.小高層建筑結構中短肢剪力墻的設計要點綜述[J].建設科技，2019（15）：80-82.

[2]袁江滿.小高層建筑中短肢剪力墻結構設計淺析之我見[J].居舍，2018（11）：67.

[3]李全清.小高層建筑短肢剪力墻結構的設計方法[J].建筑設計管理，2017，34（06）：91-92，110.