分析短肢剪力墻在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

石遠(yuǎn)松

（貴陽建筑勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州貴陽 550081）

0 引言

在民用建筑中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性毋庸置疑，通過在設(shè)計(jì)中優(yōu)化整體布局，能夠令建筑設(shè)計(jì)變得更加合理，進(jìn)而滿足人們?nèi)找嬲５木幼⌒枨?。而且短肢剪力墻在?yīng)用期間，還能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，增加建筑穩(wěn)定性與安全性。因此，有必要對民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的短肢剪力墻進(jìn)行研究。

1 短肢剪力墻綜述

在民用建筑設(shè)計(jì)期間，框架、剪力墻等結(jié)構(gòu)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(huì)控制在300mm以內(nèi)，從結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，由于短肢剪力墻長度短且性能優(yōu)異，因此可以在民用建筑發(fā)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(shè)計(jì)中能夠發(fā)揮出極強(qiáng)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(nèi)設(shè)計(jì)帶來更大的空間。在設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)性能強(qiáng)

短肢剪力墻由于結(jié)構(gòu)形狀相對較為特殊，所以短肢剪力墻具有相對較高的側(cè)向剛度，由于其厚度較小，還能夠在隔墻施工時(shí)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(jié)構(gòu)性能的同時(shí)賦予建筑空間更加多變的設(shè)計(jì)風(fēng)格，進(jìn)而滿足業(yè)主的實(shí)際要求。

2 民用建筑短肢剪力墻的運(yùn)用要點(diǎn)

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(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)者往往會(huì)利用短肢剪力墻，通過在設(shè)計(jì)中發(fā)揮出短肢剪力墻的優(yōu)勢，以此來優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

2.1 剪力墻的數(shù)量與布置

在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)受力情況，豎向荷載、側(cè)向剛度等參數(shù)都必須滿足建筑的實(shí)際性能要求。在設(shè)計(jì)短肢剪力墻時(shí)，必須重點(diǎn)關(guān)注剪力墻的數(shù)量與布置形式，在此期間，應(yīng)該優(yōu)先計(jì)算荷載參數(shù)，以此來確定豎向荷載的需求，然后需要結(jié)合實(shí)際需求按照布局設(shè)計(jì)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(diào)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(yōu)異的靈活性，能夠在使用中結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)布局來調(diào)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(shè)計(jì)方式，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者帶來更為廣闊的設(shè)計(jì)空間。即便如此，設(shè)計(jì)人員同樣需要注意建筑的結(jié)構(gòu)、功能需求，只有結(jié)合實(shí)際需求來完成短肢剪力墻的布置，才能夠真正發(fā)揮出短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，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?yàn)椴贾脝栴}而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫等故障問題的發(fā)生。

2.3 短肢剪力墻高度

在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，要加強(qiáng)對短肢剪力墻高度的控制，只有降低其高度，才能夠保證結(jié)構(gòu)性能不受影響。短肢剪力墻自身的側(cè)向剛度、抗震能力與其自身高度成反比，過高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)對其性能造成非常嚴(yán)重的影響。為了防止短肢剪力墻產(chǎn)生豎向裂縫，還可以利用布設(shè)鋼筋的方式來提高約束力，進(jìn)而增加建筑結(jié)構(gòu)的延性。

3 民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對短肢剪力墻的運(yùn)用

在民用建筑中，為了增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性，會(huì)采用短肢剪力墻來提高結(jié)構(gòu)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(fā)揮出荷載支撐、提高觀賞性等作用。在民用建筑設(shè)計(jì)中，由于剪力墻的增高將會(huì)影響抗震能力，所以必須嚴(yán)格限制其高度。為了保證短肢剪力墻的設(shè)計(jì)合理性，要在設(shè)置短肢剪力墻時(shí)保證足夠簡潔與規(guī)則，只有這樣才能夠令建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)心與剛心保持接近。對于短肢剪力墻而言，方案設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格設(shè)定墻片、墻量等參數(shù)，通過始終堅(jiān)持均勻、對稱、分散的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，能夠令短肢剪力墻的施工效果完全發(fā)揮出來。除此之外，還應(yīng)該關(guān)注短肢剪力墻的間距設(shè)計(jì)，針對外縱軸布設(shè)開洞剪力墻，利用這種設(shè)計(jì)模式能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)的橫向抗傾覆效果，避免因?yàn)檫呏恢玫膽?yīng)力過大而影響民用建筑質(zhì)量[2]，圖2為短肢剪力墻構(gòu)造布置圖。

圖2 某住宅樓短肢剪力墻構(gòu)造布置

3.2 短肢剪力墻的抗震設(shè)計(jì)

在短肢剪力墻中，抗震性能較為薄弱的環(huán)節(jié)便是處于建筑底部外圍的小墻肢以及角點(diǎn)墻肢、連梁等零部件。特別是在建筑出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題時(shí)，外角點(diǎn)與邊緣墻肢將會(huì)優(yōu)先產(chǎn)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(huì)出現(xiàn)較大的彎曲變形問題，此時(shí)小墻肢受到的影響往往最為嚴(yán)重，而且因?yàn)槠鋭偠认鄬Ω?，所以還會(huì)明顯提高連梁受剪破壞的概率。所以在使用短肢剪力墻進(jìn)行民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重點(diǎn)關(guān)注抗震性能的設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)可以令結(jié)構(gòu)受力分布變得更加均勻，當(dāng)民用建筑質(zhì)心與剛心接近時(shí)，將會(huì)明顯降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)所帶來的影響。通過適當(dāng)提高平面外邊緣與角點(diǎn)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(jìn)一步增加墻肢的各項(xiàng)性能參數(shù)，還要嚴(yán)格控制截面軸壓比。需要注意的是，連梁作為耗能構(gòu)件，在高層民用建筑中會(huì)因?yàn)榧羟衅茐亩绊懙浇Y(jié)構(gòu)延性，所以在設(shè)計(jì)期間往往會(huì)影響建筑的抗震性能，只有利用強(qiáng)剪弱彎來實(shí)現(xiàn)連梁計(jì)算，才能保證抗震能力滿足建筑物的實(shí)際需求，進(jìn)而提高短肢剪力墻的布設(shè)效果。

3.3 結(jié)構(gòu)體系計(jì)算

短肢剪力墻所使用的墻肢相對較短，其與常規(guī)剪力墻的配筋形式、計(jì)算模型等基本一致?？梢岳帽”跅U元的方式來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析，通過將剪力墻看作薄壁桿件，能夠有效提高計(jì)算效率，相較于普通桿元而言，短肢剪力墻每端具有7個(gè)自由度，可以結(jié)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(shè)定未知量降低數(shù)量后計(jì)算，此時(shí)便可以實(shí)現(xiàn)平面布置求解。而在針對復(fù)雜問題進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則可以利用殼元模型來進(jìn)行分析，分析期間應(yīng)該加強(qiáng)對于細(xì)節(jié)單元的劃分。例如，在面對不具備轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻時(shí)，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(diǎn)連接，這種連接模式難以有效處理連續(xù)位移以及力的傳遞，因此可以優(yōu)先利用墻元模型來完成計(jì)算，以此來保證計(jì)算效果。除此之外，在計(jì)算過程中必須結(jié)合實(shí)際需求來選擇計(jì)算方式，否則很容易影響短肢剪力墻的正常布置。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：①墻體整體性能參數(shù)。在民用建筑中，墻體不僅需要承受豎向荷載以及側(cè)向力，還需要承受很多其他的力學(xué)性能，例如結(jié)構(gòu)偏心力、剪切力等，因此在進(jìn)行平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重點(diǎn)關(guān)注整體性能指標(biāo)。短肢剪力墻的各項(xiàng)參數(shù)都會(huì)對其整體性能指標(biāo)帶來影響。例如其剛度就會(huì)隨著高度增加而提高，但是高度卻會(huì)影響豎向荷載，只有在不同作用力的影響下找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的平衡點(diǎn)，才能夠?qū)⒍讨袅Φ膬?yōu)勢真正發(fā)揮出來。在此期間，可以通過利用異型剪力墻來優(yōu)化民用建筑的整體性能，這樣才能確保設(shè)計(jì)方案得以滿足建筑工程實(shí)際要求[3]；②控制鋼筋含量。在短肢剪力墻設(shè)計(jì)中，鋼筋將會(huì)直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)延性，由于其材料價(jià)格相對偏高，因此大量利用鋼筋將會(huì)增加建筑成本，所以必須通過優(yōu)化設(shè)計(jì)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(chǔ)上合理降低鋼筋用量，才能夠進(jìn)一步提高民用建筑的經(jīng)濟(jì)效益；③構(gòu)造鋼筋設(shè)計(jì)。構(gòu)造鋼筋的設(shè)計(jì)施工質(zhì)量將會(huì)影響到邊緣約束力，降低墻體延性，所以在設(shè)計(jì)中要結(jié)合需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)重點(diǎn)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(jié)構(gòu)性能。

4 結(jié)論

總而言之，在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)性能將會(huì)大幅提高民用建筑的各項(xiàng)性能指標(biāo)。相信隨著更多人了解短肢剪力墻在民用建筑中的優(yōu)勢，短肢剪力墻的設(shè)計(jì)施工效果將會(huì)變得更好。