民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用策略

民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用策略

宾卿

广东启源建筑工程设计院有限公司 广东  佛山  528200

摘要：随着时代不断的进步，特别是民用建筑中小高层及多层住宅对平面布置空间的要求越来越高，原来普通框架结构的梁、柱外露等问题已经不能满足人们对住宅空间的要求，因而短肢剪力墙得到了广泛的应用。合理使用短肢剪力墙既能提升工程的质量和稳固性，也能对现代民用建筑结构的可持续性发展起到促进作用。然而，由于我国对短肢剪力墙技术的应用还处于在探索阶段，所以还存在部分需要改进的空间。因此，文章主要探讨民用建筑结构短肢剪力墙技术的应用，以期望能为今后民用建筑结构设计起到借鉴作用。

关键词：民用建筑；结构设计；短肢剪力墙；应用

引言：在民用建筑结构展开设计的过程中，剪力墙是不可忽略的部分，剪力墙的数量主要根据建筑物的抗侧力需要而定，一般利用建筑平面中间隔墙位置来布置剪力墙，基本上不与建筑使用功能发生矛盾，通过调整墙体的厚度及长度来调整平面整体刚度中心的位置，由于其墙身平面内的抗侧移刚度很大，但在其墙身平面外的刚度却很小，故较易满足一般民用建筑的刚度及位移的要求。普通剪力墙要求的截面高度与厚度之比要大于8，因此在8到12层左右的小高层民用建筑结构设计中采用普通剪力墙结构，容易刚度过大反而造成浪费。经过不断的实践和改进，以剪力墙为基础，并吸取框架的优点，逐步发展形成现在的“具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构”。

1. 短肢剪力墙及具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构的基本概述

国家标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010中短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比最大值大于4但不大于8的剪力墙（广东省《高规》的定义是：截面长度不大于1600mm，且截面厚度小于300mm的剪力墙）。抗震设计时，底部加强区的短肢墙截面厚度不应小于200mm,其它部位不应小于180mm。当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按框架柱进行截面设计。

具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指，在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%的剪力墙结构。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010中7.1.8条规定，抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙；B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多剪力墙的剪力墙结构。当采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构时，在规定水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%；房屋适用高度也需要比剪力墙结构的最大适用高度适当降低。具有较多的短肢剪力墙的剪力墙结构的受力、变形特征，类似于框剪结构，但比框架结构、异形柱框架结构的刚度、内力分配更为合理。

8到12层左右的小高层民用建筑，采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构作为建筑物的抗侧力体系，既能结合建筑平面、利用隔墙布置竖向构件，极大的避免了对建筑功能的影响，又能有效的减小上部结构的抗侧刚度，减少的剪力墙代之以轻质填充墙，减轻房屋整体重量，减轻基础压力，降低工程造价，提升施工进度，达到安全经济的目的。

2.民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用

2.1短肢剪力墙的数量

剪力墙的数量越多建筑物的土建成本就越高，故在民用建筑结构的展开设计中，控制剪力墙的数量显得尤为重要。剪力墙的数量主要根据建筑塔楼所需要的侧向刚度而定，一般将位移角控制到比规范限值略小最为经济。在设计时需注意《高规》中规定高层建筑结构的墙体不应全部采用短肢剪力墙，以及在规定水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩的比例要求。通过以上的约束条件及结构软件的计算结果，基本可确定普通剪力墙以及短肢剪力墙的数量。高层建筑结构设计时，在满足规范要求的前提下，普通剪力墙数量不宜过少，短肢剪力墙长度不宜过短，多利用楼梯、电梯等空间设置普通剪力墙或形成筒体，保证足够刚度，形成短肢剪力墙与普通剪力墙（筒体）共同抵抗水平力的多道抗震防线的结构。

2.2剪力墙平面及竖向布置

剪力墙的平面布置应结合建筑平面、利用间隔墙的位置，尽量避免影响建筑功能，通过调整墙肢长度、厚度，应尽量对称、均匀，力求质量中心与刚度中心重合。剪力墙的墙身平面内抗侧刚度很大，平面外抗侧刚度却非常小，设计时应以“T”字型、“L”字型、“Z”字型、“十”字型为主，宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置，两个方向的侧向刚度不宜相差过大，尽量避免采用“一”字型布置。抗震设计时，不应采用仅单向有墙的结构布置，不宜采用“一”字型短肢剪力墙，不宜在“一”字型短肢剪力墙上布置平面外与之相交的单侧楼面梁。剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，故剪力墙平面布置时，在满足塔楼刚度的条件下，应尽量对建筑物角部的剪力墙进行加强。

剪力墙竖向宜自下到上连续布置，避免刚度突变。当剪力墙身中间要设置门窗洞口时，门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁；宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置。当部分墙肢因建筑原因不落地时，应在其底部设置转换梁、转换柱，较多墙肢转换时应设置转换层，并按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010中10.2进行设计。

2.3短肢剪力墙构造要求

抗震设计时，底部加强区的短肢墙截面厚度不应小于200mm,其它部位不应小于180mm。一、二、三级短肢剪力墙的轴压比，分别不宜大于0.45、0.50、055，一字型截面短肢剪力墙的轴压比限值应相应减少0.1。

短肢剪力墙的全部竖向钢筋配筋率，底部加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%，其他部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。对于墙肢截面高度与厚度之比大于6但小于8的短肢剪力墙，广东省标准《高规》给出了更详细的要求，其约束边缘构件竖向钢筋的配筋率，一、二级不宜小于1.6%，三、四级不宜小于1.4%，构造边缘构件竖向钢筋的配筋率，一、二级不宜小于1.4%，三、四级不宜小于1.2%。

短肢剪力墙的底部加强部位需按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010中7.2.6条调整剪力设计值，其他各层一、二、三级时剪力设计值应分别乘以增大系数1.4、1.2和1.1。

短肢剪力墙的延性相较普通剪力墙较差，故规范对其轴压比、墙身纵向钢筋配筋率以及剪力设计值做了一定提高，但并未对水平墙身钢筋做要求，水平墙身钢筋应根据计算结果及普通剪力墙的最小墙身配筋率进行包络设计。

当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，应沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱或在墙内设置暗柱。

2.4短肢剪力墙设计时需要注意的一些问题

具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构，其刚度及抗侧能力介乎与框架结构及剪力墙结构之间。小高层住宅采用该结构形式，只要抗侧力构件布局合理，仍是比较理想的一种结构形式。设计布置时，应尽量对称、均匀，力求质心与刚心重合，不要集中布置使建筑产生过大的扭转效应，加强建筑平面角部的剪力墙。平面布置完成后要注意在计算中控制在规定水平力作用下短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩的比例。

短肢剪力墙受力以承担竖向荷载为主，承担水平荷载为辅，故需按规范提高其纵向钢筋配筋率，控制轴压比限值，调整剪力设计值，提高短肢剪力墙延性。尽量不采用“一”字型短肢剪力墙。由于短肢剪力墙的墙肢长度及刚度较小，连接各墙肢之间的连梁长度一般不会太小，刚度折减系数也不宜调整得过小，应更类似接近于普通框架梁进行设计。

结语：综上所述，在民用建筑工程展开建设过程中，优化民用建筑结构短肢剪力墙设计方案非常有必要，其不但能提升民用建筑工程的质量和稳定性，而且还能增强民用建筑工程的抗震能力。与此同时，在展开民用建筑短肢剪力墙结构设计期间，既要考虑工程施工成本，也要考虑工程结构的抗风、抗震等效果，以提升民用建筑工程建设的经济效益，推动民用建筑工程行业健康且可持续性的发展。

参考文献：

[1] 张恒波,张相飞. 民用建筑结构设计中短肢剪力墙技术的应用策略[J]. 中国建筑金属结构,2021(11):154-155.

[2] 杨鹏. 短肢剪力墙在民用建筑结构设计中的应用[J]. 空中美语,2021(7):1557-1558.