摘要：伴随着建筑行业的不断发展，人们越来越重视建筑的安全性问题。而在建筑结构设计中，短肢剪力墙结构属于一种安全系数较好的墙体结构，而且这种结构具有成本低、布置灵活等优点，在当前高层建筑结构中应用越来越广泛，具有广阔的发展前景。基于此，本文就短肢剪力墙技术在建筑结构设计中的运用展开论述。
关键词：短肢剪力墙；建筑结构设计；运用
1.短肢剪力墙结构的含义
短肢剪力墙结构就是指剪力墙结构中存在比较多的短肢剪力墙的情况。它一般具有几个特点：第一，短肢剪力墙结构中的梁是连接建筑内各面墙的，可以隐蔽在间隔墙的竖平面内，节省空间。第二，可以根据抗侧力来适当进行调整短肢剪力墙结构中墙的规模和数量，设计灵活科学。选择方案也是多样化的，人们的选择可以个性化，并且处理楼盖支承的方法也相对简单。第三，由于使用中心剪力墙作为主要的抗侧力构件，因此能够满足建筑平面的强度及刚度的需要。
2.建筑短肢剪力墙结构设计的经济性与适用性
在建筑工程中，建筑结构的经济性与适用性是必须考虑的重要因素，以某住宅小区的两栋建筑为例，其中一栋建筑结构形式为异形框架结构，另一栋为短肢剪力墙结构。将两栋楼的结构进行对比，通过比较分析可以短肢剪力墙结构具有侧向位移小、刚度大的特点。而从用钢量以及混凝土用量进行对比可以得出以下结果：①用钢量：短肢剪力墙的墙柱的用钢量为35.5kg/m2，而异形框架的墙柱用钢量则为30.7kg/m2，异形框架较为经济；梁的用钢量短肢剪力墙为3.13kg/m2，而异形框架的则为18kg/m2，短肢剪力墙大大少于异形框架。②混凝土用量：短肢剪力墙的墙柱的混凝土用量为0.185m3/m2，而异形框架的墙柱混凝土用量则为0.081m3/m2，短肢剪力墙稍微多0.1m3/m2；梁的混凝土用量，短肢剪力墙为0.023m3/m2，而异形框架的则为0.045m3/m2，短肢剪力墙比异形框架较少。由此可见短肢剪力墙结构在成本上比异形框架结构要少，而且可以使材料的性能得到充分发挥。同时经过实际的使用也证明了短肢剪力墙的结构在建筑中的运用是成功的，在经济性与适用性方面有着很强的优势。
3.建筑结构设计中短肢剪力墙的应用
3.1短肢剪力墙结构设计要求
3.1.1民用建筑高度要求剪力墙结构震害会随着建筑高度的增加而增大，因此要对剪力墙结构建筑的高度严格限制。
3.1.2结构布置合理性民用建筑结构的布置要尽量简洁、规则，这样才能保证结构质心和刚心接近。对于剪力墙结构而言，要保证剪力墙方案中的墙片大小、墙量多少和布置的合理性，并坚持均匀、对称和分散的基本原则，墙片不能过长。另外还要控制好剪力墙的间距，并在外纵轴设置相应的开洞剪力墙，这样才能增强结构的横向抗倾覆能力，避免在边柱的位置产生较大的应力。
3.2短肢剪力墙结构的抗震设计
短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节是底部外围的小墙肢、建筑物角点处的墙肢以及连梁等构件，尤其是发生扭转时，建筑物外角点处和边缘的墙肢就会首先开裂。对于层数较高的短肢剪力墙结构在地震作用下，将主要发生弯曲变形，对底部外围的小墙肢起到破坏作用，特别是“一”字形小墙肢破坏最严重。由于墙肢刚度相对减少，在短肢剪力墙结构中，增加连梁受剪破坏的可能性，因此对这些薄弱环节，设计中更应当加强抗震构造和概念设计措施。在平面上短肢剪力墙结构分布要力求均匀，使建筑物的质心和刚度中心尽量接近，以减小扭转效应。适当的增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度，加强墙肢端部的暗柱配筋量，为了提高墙肢的延性和承载力，墙肢截面的轴压比严格控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆连梁是一个耗能结构构件，高层建筑中连梁的剪切破坏将会使结构的延性降低，在具体设计工作中对抗震极其不利，因此，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形短肢剪力墙，且短肢剪力墙配筋应当符合相应的规范要求。
3.3短肢剪力墙结构体系的计算
短肢剪力墙只不过是采用较短的剪力墙肢，属于剪力墙结构体系，而且通常采用T形、L形、[形、+形等，与普通剪力墙结构其所采用的配筋力式、计算模型和构造要求均相同，一般采用薄壁杆元（TAT）来分析短肢剪力墙结构，将墙视为薄壁杆件，每端有7个自由度（比普通杆元多一个截面翘曲角在每端6个自由度，即扭转角沿纵轴的导数）按矩阵位移法考虑了墙单元非平面变形的影响，形成总刚度矩阵由单元刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大。假定未知量减少部分之后求解，它未知量少，适用于各种平面布置，精度较高。
在处理结构布置复杂的问题时可采用壳元模型分析，但应加细单元的划分比如设有转换层的短肢剪力墙结构，通常的处理力法是将电梯间、核心筒等少部分剪力墙落地，其余剪力墙框支框支剪力墙是受力而向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递因此，带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件进行计算当然，从整体上的内力分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用TAT，TBSA对结构进行整体计算的。
4.某住宅建筑中短肢剪力墙结构的应用实例
某住宅楼，主体结构地上18层地下1层，建筑面积约13000m2，为达到降低成本的目的，结构设计者需要对结构方案进行优化设计，在保证结构体系安全可靠的前提下，降低主体结构含钢量。因此，结构设计者做了以下两个结构方案，通过比较，从中优选出最优方案。
方案一：筒体与短肢剪力墙结合使用。“筒体”是指：以楼梯间、电梯间四周墙体组成钢筋混凝土核心筒，筒体承受主要水平力。
该方案结合建筑平面布置竖向构件，剪力墙的布置与墙肢长度根据数值模拟的计算结果进行多次调整，主要视抗侧力的需要以及轴压比的限值而定，并通过调整剪力墙布置以调整整体刚度和刚度中心的位置；数值模拟计算采用三维有限元分析软件PKPM结构软件。在水平力作用下结构各层的位移角，可见结构的抗侧力性能满足要求。相对于普通剪力墙结构体系，由于与筒体相结合，减少了剪力墙的数量，降低了结构本身的重量和整体刚度，这对于基础设计而言是有利的，同时也降低了工程造价。
方案二：普通剪力墙结构。根据建筑要求和一般原则设置剪力墙，保持结构刚度在平面上分布的均匀性，有条件的尽量使剪力墙对称布置。剪力墙构件通过梁板的连接形成整体抗侧力强度和刚度很高的体系。若房屋高度不大，会因刚度过大使结构的地震反应加剧，导致结构内力增大，使造价提高并且对结构安全不利，并非是理想的方案。数值模拟计算采用PKPM-SAT-WE结构软件。
通过以上两种方案计算结果的对比发现，在结构受力情况和经济指标两个方面，第一方案均优于第二方案。
结束语：目前，我国一些高层建筑在设计的过程中，多数运用了短肢剪力墙结构，其对于室内的布置具有一定的灵活性，墙肢可长可短，可落地也可带转换层，因此要求相关设计人员在今后的短肢剪力墙结构设计中要充分掌握和了解其结构特点，并对其进行合理地布置设计，增加建筑结构的抗震能力，并使结构的位移和刚度呈现出最合理的状态，从而有效地发挥作用。
参考文献：
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[2]王欢庆.浅议高层短肢剪力墙结构设计[J].黑龙江科技信息.2013.
[3]胡庸，贺灵荣.小高层建筑短肢剪力墙结构分析及优化研究[J].工业建筑.2011.
论文作者:朱忠漫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/10
标签：剪力墙论文; 结构论文; 刚度论文; 建筑论文; 方案论文; 结构设计论文; 异形论文; 《基层建设》2018年第20期论文;