短肢剪力墙结构设计在建筑工程中的运用

短肢剪力墙结构设计在建筑工程中的运用

摘要：在建筑工程中，抗震设计是确保建筑物在地震中具有良好的结构稳定性和安全性的关键因素。在高层建筑的强度和结构稳定性设计中，水平荷载相比于重力荷载更为关键，剪力墙作为一种常见的结构系统，其特点使其成为提升抗震性能的最佳选择。然而，在实际工程设计应用中，一般剪力墙由于对墙体过长，对一些类型的高层建筑反而造成了不必要的限制；由于一般剪力墙刚度大，地震周期短，地震力大引起经济指标过大问题也显而易见。因此对一些特定类型和特定高度的建筑，采用短肢剪力墙结构，更具有使用及经济上的优势。本文主要分析了短肢剪力墙结构的特点，并用实际工程例子介绍其在建筑工程中的具体运用，以期提高建筑工程设计质量及水平，为其后续投入使用奠定坚实基础。

关键词：建筑工程；短肢剪力墙；抗震设计

随着生活水平的提高和建筑项目功能、用途的日益多样化，人们对空间也有了更多的场景需求，而短肢剪力墙结构，作为一种在建筑行业广泛应用的结构系统。其独特的设计有效增强了建筑物的抗震性和承载能力，同时能满足建筑的使用功能要求，使其成为在地震多发区建造中小高层建筑的理想选择。本文通过深入研究其特点及设计方法，能够更深入地掌握短肢剪力墙结构设计的具体措施，从而促进建筑工程的发展和创新。

一、短肢剪力墙结构特点

短肢剪力墙是一种适于小高层建筑的短肢墙—筒体结构体系，由剪力墙筒体一般剪力墙，短肢剪力墙和连梁共同构成的结构体系，通常应用在地震影响较小的区域的小高层建筑以及对建筑设计要求较高的建筑项目中，例如医院住院楼、小高层住宅、等等。短肢剪力墙的肢长一般为厚度的5到8倍，低于这个比值的一般定义为异形柱，而比值大于8的则按照一般剪力墙进行设计。 短肢剪力墙的应用特点如下：

①高强度和刚性：短肢剪力墙结构通常采用混凝土或钢材构成，具有较高的强度和刚性[1]。其能够承受来自地震、风载和其他外部荷载的巨大力量，并将其分散到建筑物的其他部分，从而保障建筑物整体的稳定性不受到影响。

②抗震性能好：短肢剪力墙结构在地震作用下表现出良好的抗震性能，能够有效地吸收和分散地震产生的能量，减少结构的振动和变形，从而提高建筑物的整体安全性及结构稳定性，保障建筑物投入使用的可靠性。另一方面，连梁的跨高比增大，连梁以受弯矩破坏为主，在地震作用下更易形成塑性铰，发生变形而达到消能的效果。

③空间利用效率高：短肢剪力墙可以用在门墙洞口比较多的住宅楼或者写字楼建筑中，墙肢较短，布置灵活，结构形式紧凑，在不占用大量空间的前提下提供足够的结构承载力，能够同时满足建筑设计要求和结构抵抗水平荷载的能力，具有较高的空间利用率。

④施工效率高：短肢剪力墙结构的施工相对简单，且具有较高的施工效率，相比于一般剪力墙，能够缩短建筑工程所需的工期。墙体和连接元素的制作和安装相对容易，能够在较短时间内完成[2]。

⑤建筑和维护成本低：短肢剪力墙减少墙量，代之以轻质砌体隔墙，有效减轻了结构自重，降低建造成本，提升经济效益。同时墙肢的承载力得到了充分的应用，受力均匀，降低了墙体应力集中现象，能优化减少墙的长度，符合经济效益。另外短肢剪力墙由于墙体独立，结构简单，只需要局部维护而不用大面积拆除，减少了后期维护的难度和成本。

二、短肢剪力墙结构设计在建筑工程中的具体运用

短肢剪力墙结构具有显著优势，其在建筑工程中的运用能够大大提升结构设计的质量及水平，并实现性能优化，这有助于建筑物后续投入使用年限的延长，同时也减少维护，进而提高建筑工程的建设效益。 如下项目为某地区的住宅小区某一单元建筑平面，项目位于7度区，建筑物使用年限为50年，建筑层数为地上9层，地下1层，建筑高度为29米，为小高层建筑，层高3米。

1、结构形式选择和剪力墙位置布置

在建筑工程中，短肢剪力墙的结构布局和位置选择是确保建筑物具有良好抗震能力和结构稳定性的关键因素。首先应根据建筑物的功能和形状来确定短肢剪力墙布局[3]。例如在高层住宅建筑中，结合门窗洞口以及在房间四周布置短肢剪力墙，可按一字形、L形、T形或十字形均匀分布，尽量使结构的刚心和质心重合，减少结构扭转效应。而在一些实际的短肢剪力墙工程案例中，通常在楼梯、电梯区域布置一般剪力墙或核心筒，和短肢剪力墙共同作用，提供较大的抗侧刚度，能够有效地抵抗水平荷载，并且减少高层建筑的水平位移，形成环绕结构的墙体系统，以有效地分散地震作用下的力量，并在核心区加用短肢剪力墙，从而加强不同方向上的强度及刚度，提高结构在抵抗水平风荷载及地震作用时的能力。

以该项目的结构布置为例：如采用框架结构，大梁大柱的结构形式必定严重影响室内空间的使用， 故本项目采用了剪力墙结构形式。考虑到该项目仅为9层的小高层，地震及风荷载水平力并不是太大，如果采用平时A级高度的高层住宅南北布置的2片一般剪力墙布置方式，该项目较大的进深（前后约14米）也会造成两剪力墙之间连梁或框梁高度过大，影响室内净高。综合以上原因，本工程 采用了上中下三段式短肢剪力墙结构布置。由于短肢剪力墙的抗震性能没有一般剪力墙高，它的适用高度也有一定的限制，《高规》也规定，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙，因此在结合了在电梯、楼梯位置、位移角比较大的建筑物角部布置了一般剪力墙，形成了核心筒，一般剪力墙，短肢剪力墙有机结合的结构体系。该结构体系并没有采用结构刚度较大的一般剪力墙体系，也没有采用结构刚度较小的框架结构，该体系是与建筑物高度及建筑平面相吻合的最佳选择。

2、墙体厚度和高度设计

墙体厚度应足够承受和分散荷载，并满足强度要求。对此，可根据结构设计要求和预期荷载，计算出短肢剪力墙所承受的力和力矩，包括地震作用、风荷载以及建筑物自重等，此外还应考虑连接连梁和楼板钢筋锚固长度要求， 以及建筑物防火设计要求，以确定墙体厚度。墙体高度会直接影响结构刚性及抗震性能。较高的墙体可以提供更大的刚性和抗弯能力，但同时也会增加侧向力的传递，导致墙体受压稳定性降低。在实际案例中，往往需要结合建筑的抗震设防标准、地震参数以及基本周期等参数，计算最小墙体厚度，综合考虑结构的整体稳定性、抗震性、重要等级和材料可用性，以确定合适的墙体高度。

3、剪力墙与其他结构构件的连接设计

短肢剪力墙需要与其他结构构件如楼板、框柱和梁等进行良好连接，以确保水平力的传递和承载能力提升。连接点应具有足够的强度和刚度，能够承受墙体和其他结构构件之间的力。连接点的材料选择和尺寸设计应根据设计荷载和力的传递要求进行计算和验证。连接点设计应考虑到墙体和其他结构构件之间的刚性要求[4]。采用合适的连接件和布置方式，以提高连接点的刚性，并减小连接点附近变形。在实际运用中，结构设计师进行建筑模型分析，确定连梁的受力形式，在水平荷载和墙体变形作用下，短连梁往往受剪较大，而长连梁则以受弯居多，应该根据不同的受力形式进行连梁的配筋配箍设计，充分考虑连梁承受扭矩和轴力的影响，钢筋在墙体内有锚固长度实现刚性连接。此外，连接点应能够有效地传递地震作用下的力和能量，剪力墙与连梁之间的连接设计应符合“三水准，

两阶段”的要求，强墙柱，弱连梁，以确保在发生大震时，连梁能够形成塑性铰，达到消能抗震的效果。

4、剪力墙墙身配筋设计

通过合理的配筋设计，可以增加墙身的承载能力和抗剪能力，从而提高短肢剪力墙的整体性能。对此，应根据设计荷载，如地震力、风荷载、建筑物自重等，计算墙板所承受的荷载，包括垂直荷载和剪力荷载。根据荷载计算结果，进行墙板强度设计。根据设计规范确定墙板的最小厚度，并计算墙板抗弯强度。考虑到墙板的尺寸和形状，进行横向和纵向钢筋的布置和数量计算，以满足强度要求。根据设计荷载和剪力分布，进行墙板剪力设计。根据设计规范，计算剪力传递的需求，确定纵向和横向钢筋的配筋数量和布置方式，以提供足够的剪力承载能力。剪力墙应当根据设计规范在边缘处和转角处设置边缘构件和钢筋加密区，提高边缘约束能力。根据地震力的大小和方向，进行抗震设计和分析，包括剪力墙墙板的抗剪能力和延性要求，以确保能够在地震作用下保持稳定。

5、剪力墙的基础设计

墙体重量是基础设计中的重要参数，会直接影响基础尺寸和强度。对此需要根据墙体尺寸、材料和荷载传输方式，进行荷载计算和分析，计算短肢剪力墙的墙体重量，并确定其对基础的荷载传输。根据具体项目的要求和土壤工程条件，选择适合的基础类型。常见的基础类型包括浅基础（如条形扩展基础、阀板基础等）和深基础（如桩基础、墙式基础、板桩基础等）。基础类型选择应考虑到土壤承载力、稳定性和经济性等因素[5]。根据荷载传输和土壤工程要求，确定基础的尺寸和形状。基础应具有足够的面积和深度，以承受墙体荷载，并将其传递到土壤中。基础尺寸设计需要根据土壤承载力、地下水位、土壤侧向承载能力等因素进行计算和验证。适当设置基础连梁以减少墙体之间的不均匀沉降，并考虑通过增加基础钢筋配筋、使用加筋混凝土、设置地下挡墙等措施增加基础的强度和稳定性。需要注意的是，当重力荷载不足以抵抗由于水平荷载引起的基础上拉力时，基础应该进行抗拔设计，当需要时，可以设置锚杆，抗拔桩等措施，来防止基础失稳和倾侧。

6、抗震设计和整体计算分析

①《高规》规定，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宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%。由于本项目结构布置是采用一般剪力墙与短肢剪力墙结合的结构体系，两者共同受力，尽管具有较多的短肢剪力墙，但按软件的计算结果显示，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩并没有超过总地震倾覆

力矩的50%，是满足规范要求的。

②另外，高层建筑结构还需要满足侧向刚度比、水平位移限值、周期比、剪重比等高层结构指标要求。其中侧向刚度比要求本层/上层最小比值为0.7，本层/上三层平均值最小为0.8；水平位移角要求不超过1/1000；周期比要求不应大于0.9；剪重比（楼层最小地震剪力系数值）不小于1.6%；通过计算分析，该项目采用短肢剪力墙结构体系均能满足以上指标计算要求

结语

总而言之，虽然短肢剪力墙抗震性能没有一般剪力墙高，但短肢剪力墙结构并不是完全不能采用，短肢剪力墙体系适用于地震烈度不高，建筑总高度并不高的小高层建筑。短肢剪力墙的设计方法和应用对于确保建筑物的抗震性能和结构稳定性至关重要。通过合理设计和严格的质量控制，我们可以创建更安全、更可靠、更灵活、更经济的建筑物，并为人们的生活和工作提供更好的环境。希望本文内容对相关从业人员在短肢剪力墙结构设计中提供有益指导和启发，以进一步提升建筑工程结构设计水平，促进建筑行业的持续稳定发展。

参考文献

[1]王根华. 短肢剪力墙在民用建筑结构设计中的应用探究[J]. 江西建材,2023,(03):210-211+214. [2]张高伟. 短肢剪力墙技术在建筑结构设计中的应用分析[J]. 河南科技,2021,40(34):99-101.

[3]肖胜伟. 短肢剪力墙结构设计与异形柱在建筑工程中的应用[J]. 中国建材科技,2017,26(02):119-120.

[4]张丽生. 简析建筑工程中短肢剪力墙的结构设计[J]. 建材与装饰,2017,(15):63-64.

[5]周照. 高层结构设计中短肢剪力墙结构设计的运用研究[J]. 建材与装饰,2016,(44):81-82.