摘要：在社会经济高速发展的推动下，我国城市化水平正在逐步提升，随着城市人口的增加，建筑行业获得了良好的发展。为了实现对土地资源的最大化利用，现代建筑多为高层建筑项目。本文将从短肢剪力墙的定义、特点以及受力情况等方面入手，详细介绍短肢剪力墙的结构布置和计算方法，在此基础上结合实际案例对土木建筑抗震设计中短肢剪力墙结构的应用进行深入的探讨研究。
关键词：短肢剪力墙；土木建筑；抗震设计
前言：在城市化持续深入的背景下，我国城市高层建筑数量越来越多。高层建筑的特点决定了其竖向荷载较为集中，以至于风荷载以及地震作用造成内力和变形也十分显著，这使得高层建筑的抗震设计受到了越来越多的关注。据可靠统计，我国现有的高层建筑多为住宅，其中绝大部分采用的都是剪力墙结构。
一、短肢剪力墙截面设计和构造
现代高层建筑一般具备良好的空间工作性能，因此在应用剪力墙结构体系时通常采用的双向布置的形式，尤其实在抗震结构中更应如此，但需保障两个方向刚度尽可能一致。在实际操作中，为了将剪力墙的功能充分发挥出来，在布置时不应过密，这样既能够降低结构的自重量，又可以获得更多的可利用空间。
为了更好的满足现代土木建筑建筑的建设要求，短肢剪力墙结构体系逐渐兴起。但是短肢剪力墙的抗震性能相对偏差，且在地震区的实践应用经验较少，因此为了保障其安全性，国家通过制定规范的方式对短肢剪力墙结构抗震设计的适用范围、抗震等级、墙肢厚度、截面剪力设计值等方面均做出了明确的规定。
而对于非抗震设计，一方面要适当降低建筑的最大适用高度，另一方面也需要对墙肢厚度和纵向钢筋配筋率做出适当的限制。
二、短肢剪力墙结构布置与计算方法研究
2.1短肢剪力墙结构布置的原则
在高层建筑建造中使用短肢剪力墙结构体系，必须保障其延性达到要求。同时短肢剪力墙布置的合理性也决定着其结构是否能够具备良好的抗震性能。结合以往工程实践来看，短肢剪力墙结构的布置应该遵循对称、均匀、连续等原则，除此之外，还应注意以下几个方面：
其一，在平面布置时应力求简单，且遵循规则，最好沿着两个主轴方向或是其他方向双向布置，并将两个方向侧向刚度之间的差异控制在较小的范围内。
其二，短肢剪力墙结构的侧向刚度不宜过大，为了达到这一效果，最好适当的降低剪力墙布置的密度，这样同时还可以起到降低造价的效果。
其三，在短肢剪力墙结构体系中，墙肢间距的确定必须根据房间开间尺寸和楼板跨度综合考虑，通常处于3~8m之间。若间距值过小，会对结构的抗震性能产生一定的负面影响。
其四，为了防止结构竖向刚度突变的情况发生，在进行剪力墙布置时要做到上下连续贯通。
其五，剪力墙的截面尺寸和混凝土的强度等级不宜在同一高度处同时改变。
其六，在布置短肢剪力门窗洞口时，要力求规则整齐，同时保障墙肢和连梁构建连接的良好性。在抗震设计中，底部加强部位洞口布置的要求更加严格，通常情况下，抗震等级为一、二、三级的剪力墙，底部加强部位不适宜采用上下洞口不对齐的错洞墙。
其七，禁止将楼面主梁支承在剪力墙或是核心筒的连梁上。
最后，在抗震设计中，并不是所有的高层建筑均适合采用短肢剪力墙，例如，B级高度的高层建筑和抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑，均不适合过多的采用短肢剪力墙结构体系，
2.2短肢剪力墙的抗震设计要求
在进行短肢剪力墙抗震设计的过程中，需要满足以下多方面的要求：
首先，在截面厚度方面，处于一、二抗震等级的短肢剪力墙，其底部加强部位的厚度应处于200mm以上，其他部位厚度则应在180mm以上。处于三、四抗震等级的短肢剪力墙，其截面厚度应在180mm以上。除此之外，非抗震设计的短肢剪力墙， 其截面厚度应在160mm以上。
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其次，在进行土木建筑抗震设计的过程中，不同抗震等级下短肢剪力墙的轴压比也存在差异性，如抗震等级为一时，轴压比应处于0.45以内，抗震等级为二时，其轴压比应处于0.5以内。对于短肢剪力墙的底部坚强部位，应该根据相关规范的要求进行剪力值的调整。此外，短肢剪力墙约束边缘构件的种类较多，包括暗柱、端柱等。
再次，短肢剪力墙抗震设计过程中，其竖向钢筋的配筋率也受到抗震等级的影响和结构部位的影响。例如，对于底部加强部位，在一、二级抗震等级下， 配筋率应处于1.2%以上。若是在三、四抗震等级下，配筋率应处于1%以上。对于其他部位，一二抗震等级下配筋率应在1%以上，三四抗震等级的配筋率应在0.8%以上。
2.3短肢剪力墙结构的计算方法
其一，平面假定。短肢剪力墙是一个空间受力体系，其会受到多方面的荷载作用，在计算剪力墙结构侧向荷载作用下的内力和位移时，为了简化过程，可以做出以下两个假定，首先，楼盖结构在起自身平面内的高度为无限大，而在平面外则极其微小。其次，各榀短肢剪力墙主要在起平面内发挥作用。
其二，短肢剪力墙结构的平面协同工作分析。在计算短肢剪力墙的内力和位移时，我们可以对其结构进行分类，具体包括两类，一是包括整截面墙、整体小开口墙和连肢墙，而是壁式框架。
2.4连梁截面设计和构造要求
在短肢剪力墙结构体系中，连梁是指两端和剪力墙相连接且跨高比处于5以内梁。若跨高比超出这一数值，则可以按照框架梁开展设计工作。在土木建筑抗震设计中，连梁和剪力墙一般采用相同的抗震等级。连梁截面设计和构造的要点如下：
首先，在连肢剪力墙中，为了达到强墙弱梁的效果，应注重延性连梁设计，将连梁的弯矩向下调整五分之一上下。
其次，在进行连梁配筋设计时，连梁的抗弯承载力验算和框架梁构件一致，可以依据以下公式进行判断：
地震作用组合：M≤fyAs（hb0-a’）
地震作用组合：M≤（1/γRE）fyAs（hb0-a’）
在上式中，M为连梁正截面的弯矩设计值，fy为纵向钢筋的抗拉强度设计值，As为纵向受拉钢筋的总截面面积，hb0为连梁截面的有效高度，γRE为承载力抗震调整系数，a’为连梁正截面受压区的高度。
再次，为了避免出现斜压破坏的情况，连梁的截面必须足够大。结合以往实践来看，短肢剪力墙连梁的截尺寸应该满足以下要求：
地震组合作用：Vb≤0.25βcfcbbhb0
地震组合作用：在跨高比超过2.5的情况下，Vb≤（1/γRE）（0.2βcfcbbhb0），当跨高比处于2.5以下时，则Vb≤（1/γRE）（0.15βcfcbbhb0）。
在上式中，Vb代表的是经过调整后的连梁剪力的设计值，bb代表的是连梁的截面宽度，βc代表的是混凝土强度影响系数。
在实际设计工作中，如果连梁的截面积达不到以上要求，则可以通过一定的措施做出改进：其一，适当降低连梁截面的高度。其二，适当降低短肢剪力墙结构的剪力设计值，具体原理为对连梁的弯矩和剪力进行塑性调幅。其三，在连梁的破坏不会短肢剪力墙结构承受竖向荷载产生影响的情况下，可以忽略连梁在地震中的作用，按照独立墙肢进行第二次多遇地震作用下的结构内力分析，按照两次计算所得的内力进行墙肢的配筋设计。
三、短肢剪力墙土木建筑抗震设计的要点以及应该注意的问题分析
首先，短肢剪力墙结构体系并不适用于所有的高层建筑。在进行土木建筑建筑设计的过程中，若短肢剪力墙的数量较多，则需要适当的设置普通剪力墙，二者可以组成具备共同抵抗水平的剪力墙结构体系。在建筑剪力墙结构中短肢剪力墙较短的情况下，则必须保障剪力墙的使用高度满足一定的规范要求。例如，在7抗震等级下，高度应处于100m以内。若为8抗震等级，则高度应在60m以下。
其次，注重抗震薄弱环节的加强。在墙肢竖向平面内进行连梁布置，保障每道短肢剪力墙均同时和两个不同方向的梁构成连接，并且翼缘也应该设置在另一个方向上，这样就不会形成“一字型”的短肢剪力墙；在进行短肢剪力墙布置时，应该做到均匀有序，使结构强度中心和建筑的形心保持一直。为了避免设计中出现孔口错位的情况，应尽可能的保障墙肢上下对齐，这样可以和连梁形成一个整体稳定的抗侧力体系，实现短肢剪力墙抗震性能的提升；很多情况下，短肢剪力墙的底部外围小墙肢会因水平力的作用出现开裂现象，对此，可以通过缩减轴压比或是增加配筋量的方法解决。
结语：综上所述，在土木建筑项目中，住宅结构抗震设计是否合理决定了短肢剪力墙结构的作用能够获得最大程度的发挥。结合当前研究状况来看，现阶段我国学者已经从理论和试验两个方面对短肢剪力墙结构进行了深入研究，但是关于动力荷载、地震作用下结构整体变形受力、适用高度等方面仍旧存在较大的空白。因此，对短肢剪力墙结构进行抗震性能分析，并将其应用于土木建筑抗震设计中具有重要的意义。
参考文献：
[1]张品乐. 短肢剪力墙抗震性能试验研究及损伤分析[D].西安建筑科技大学,2011.
[2]杨浩. 短肢剪力墙结构在小土木建筑设计中的受力分析及应用研究[D].河北工程大学,2013.
论文作者:王淑臻
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/29
标签：剪力墙论文; 结构论文; 截面论文; 等级论文; 土木论文; 建筑论文; 高层建筑论文; 《防护工程》2019年11期论文;