建筑结构设计之短肢剪力墙技术应用要点分析

建筑结构设计之短肢剪力墙技术应用要点分析

袁凤英，刘旭东，夏文新，汤国强

中南建筑设计院有限公司 湖北省武汉市 邮编：430064

摘要：在现代工程建设中，由于建筑功能和造型的影响，建筑企业在结构设计中经常采用短肢剪力墙结构。这种结构具有墙肢短、应用灵活、功能性强、造价低、建筑重量轻等优点。基于此，简要分析了建筑结构设计中短肢剪力墙的设计原则，重点阐述了合理的墙体数量、剪力墙结构的布置设计要点、剪力墙结构连梁的设计要点、大墙肢的处理、剪力墙的厚度控制和配筋、抗震等级设计等技术要点。可供相关设计人员参考。

关键词：建筑结构设计;短肢剪力墙技术;应用要点

引言

在许多建筑工程中，剪力墙结构可以广泛应用于设计和施工阶段，呈现出更加稳定和可持续的工程设计理念，保证建筑内外空间资源的科学规划水平基本不变。在建筑外剪力墙结构的平面和三维设计过程中，需要定量计算和统计分析建筑水平荷载和竖向荷载之间的功能差异和数值偏差，及时制定科学的设计方案。

1建筑结构设计之短肢剪力墙设计原则

首先，整个剪力墙的内聚力要很强，设计时要考虑整个建筑的刚度和抗震所需的稳定性，并相应配置合适数量的剪力墙；其次，剪力墙结构的连梁刚度也有一定的要求。设计规范的跨高比一般大于2.5，如果用于高层建筑，需要达到5以上的跨高比。然后，剪力墙的设计尺寸取决于建筑工程要求的建筑体量和高度，剪力墙的结构设计也很灵活。即使是同样的柱，同样的力学特性的墙，也可以彼此不同，可以根据要求进行设计，选择的程度很大。当剪力墙肢长与厚度之比 3时，应按建筑要求进行柱结构设计。但当肢长与剪力墙厚度之比在3 ~ 5之间时，剪力墙结构应按双向受压原则设计。根据刚体力学的一些理论知识可以知道，在剪力墙的墙体结构设计中，长度不能超过9 m，宽度和高度不能超过2 m，否则剪力墙的墙体结构不够坚固。设计中有几点需要特别注意。第一，剪力墙数量不是越多越好。数量主要取决于如何充分发挥剪力墙的刚度和抗震优势，这与建筑的高度及其剪力墙的压力有关。在设计中，应保持墙体结构的对称和匀称。二是尽量将剪力墙的布局扁平化，因为剪力墙的原材料是钢筋混凝土。为了承受建筑带来的竖向压力和水平压力，保持良好的稳定性，需要在平面轴线上合理地建造墙体结构，使墙体的质量和刚度中心尽量一致。只有这样，才能最大限度地控制和降低剪力墙本身的扭矩，在剪力墙本身稳定的情况下，保证建筑物的稳定性。

2短肢剪力墙在建筑结构设计中的技术应用要点

2.1科学设计墙体数量

剪力墙结构通常以钢筋混凝土为主要建筑材料，密度高，稳定性和耐久性好，但往往存在自重较重等质量问题。因此，设计人员必须将剪力墙数量和结构自重控制在合理的范围内，避免因剪力墙数量过多而出现自重超标的情况，影响建筑结构自重和建筑物的抗震性能。一般情况下，短肢剪力墙在小高层点式住宅设计中的应用效果较好。然而，当建筑区域处于高烈度区时，短肢剪力墙仍然存在抗震性能差的缺陷。因此，设计人员在进行结构设计时，应根据实际施工需要，减少短肢剪力墙数量，合理设计墙肢长度，进行系统化设计，从而有效提高建筑物的水平抗力。

2.2剪力墙结构布局设计要点

(1)应采用双向设计，剪力墙结构在水平和垂直方向的刚度应尽可能一致。(2)尽量保证剪力墙结构平面分布的均匀性，在条件允许的情况下，通过合理调整连梁的高度和墙肢的长度，使刚度中心尽量靠近整个建筑结构的中心，使剪力墙结构的扭转效应最小。(3)可以通过合理增加墙体间距、减小墙体厚度、减少墙体总数等设计措施来减轻建筑自重，从而削弱地震剪力对结构的影响，提高剪力墙结构的抗侧刚度。

2.3剪力墙结构连梁设计要点

(1)科学设计连梁的跨度高度，保证连梁的横截面积大小一致，承载力适当。在允许范围内尽可能增大连梁的截面积，以提高其抗剪、抗震和刚度。(2)科学设计连梁内力。通过调整刚度折减系数，提高连梁的抗剪承载力；系数调整时注意刚度系数的控制，确保连梁高度满足设计要求。(3)通过制作水平缝，将原连梁改造成双连梁或多连梁，以提高连梁的抗剪强度。(4)如果剪力墙结构不满足减压比的要求，就会导致梁超配筋的问题。为了解决这一问题，设计人员可以通过设计双连梁或降低连梁的界面高度来降低连梁及其相邻墙体的刚度分布，从而降低实际地震荷载。在此基础上，对连梁进行内力分析，科学计算出合理的配筋参数，实现了连梁的优化设计。

2.4大墙肢处理

大墙肢和短墙肢结构一般适用于不同类型的建筑工程。施工结束后可采用短距离开洞及时封堵洞口，避免影响剪力墙结构整体空间抗震性能指标。在保证剪力墙结构满足建筑承重要求的前提下，可采用封闭间隔的设计形式，将长度较长的剪力墙结构分割成一定数量的独立墙段，以提高其稳定性，避免建筑投入使用后，剪力墙结构因外力作用而整体损坏。此外，如果需要对建筑物周围的墙体进行综合加固，也可以根据大墙肢结构的具体空间关系的分布规律，及时调整大墙肢的加固数量和比例，对现浇钢筋混凝土结构中的部分装配式构件材料和横向、纵向固定措施进行力学评估，确保大墙肢和短墙肢结构的承载力和刚度符合设计标准。

2.5剪力墙厚度控制与配筋

在各类建筑工程的设计和施工过程中，剪力墙结构的厚度控制和配筋设计至关重要，需要根据规定的国家标准和行业技术规范设定建筑工程的抗震等级，并对建筑的功能体系和性能数据参数进行对比分析。在剪力墙结构的厚度控制和配筋设计过程中，设计人员需要综合测定高厚比的数据参数。如果高厚比小于4，完全可以借鉴柱结构的设计方法。如果高厚比在四左右，可以充分借鉴异形柱结构的设计方法，充分设计双向受压结构。根据国家的相关规定和要求，如果建筑物的抗震等级为一级或二级，剪力墙结构的底部需要进行加固，需要与建筑物的楼层进行严格对比。除此之外，在控制剪力墙结构厚度的过程中，设计人员还需要严格参考墙体截面强度指标等关键数据参数，可以适当调整墙体厚度指标，以保证建筑物的抗震性能和稳定性。根据国家相关规定，无论建筑抗震等级为一级、二级还是三级，都需要严格控制恢复墙结构的配筋率，以保证建筑外墙结构的稳定和安全，为后续施工工作奠定基础。

 2.6抗震等级设计

相关研究表明，当采用短肢剪力墙结构时，建筑的部分墙体抗震承载力较弱，其中底部小墙肢、结构平面外缘及相关连梁尤为突出。此外，扭转效应容易诱发墙肢开裂，导致结构整体性破坏，从而影响建筑结构的整体稳定性。因此，设计人员应严格遵守相关规范对抗震等级、轴压比、最小配筋率等的要求。通过考虑各种影响因素和提高结构层次来提高短肢剪力墙的承载力。设计人员在确定截面纵向配筋率时，应控制底部钢筋部分的配筋率低于1.2%，其他部分的配筋率低于1.0%。此外，由于短肢剪力墙结构刚度较低，其连梁延性较低，抗震性能相对较弱。因此，设计人员在进行结构设计时，应科学计算连梁的强剪弱弯，使其在应力作用下弯曲屈服，避免后续的剪切破坏。

结束语

综上所述，短肢剪力墙与传统剪力墙结构有显著的区别。这种结构具有成本低、功能好、重量轻、应用灵活等优点。施工企业在采用此类结构时，应明确设计原则，结合短肢剪力墙的特点，重点关注墙体数量的合理设计、剪力墙的布置设计要点、剪力墙连梁的设计要点、大墙肢的处理、剪力墙的厚度控制和配筋、抗震等级等。

参考文献：

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