淺論土木工程建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設計與施工要點

摘? 要：隨著人們對住宅要求的提高，短肢剪力墻作為一種安全且經(jīng)濟的建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)在小高層住宅工程中得到廣泛應用。對于高層建筑來說，短肢剪力墻的作用同樣是不可被取代的?；诖?，能否將剪力墻巧妙設計于建筑中，直接影響建筑物整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。所以，在實際施工活動中，施工單位在加強施工質(zhì)量的同時，設計人員也必須對短肢建立墻的結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)設計，本文基于短肢建立墻的結(jié)構(gòu)特點了分析了其在土木工程建筑中的施工要點，以供參考。

關鍵詞：短肢剪力墻;結(jié)構(gòu)設計;建筑施工;設計方法

中圖分類號：TU362? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2021）01-0000-00

在建筑用地日益緊張，住宅規(guī)模和高度日益增大的今天，人們的住宅觀念也開始轉(zhuǎn)變，普通的框架結(jié)構(gòu)以及普通剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足客戶對空間的界定與劃分。短支剪力墻作為一種新的建筑形式，在吸取框架結(jié)構(gòu)優(yōu)點的同時，改善了原有建筑模式的缺陷，因此其深受廣大客戶的歡迎同時也受到廣大建筑師的認可。經(jīng)過一段時間的研究及實踐，其已表現(xiàn)出了通風采光良好、結(jié)構(gòu)布局靈活等多種優(yōu)點，目前，這種建設模式以趨于定型，且被眾多設計師持續(xù)推廣。

1短肢剪力墻的含義及特性

短肢剪力墻的橫截面高度與厚度之比在5～8之內(nèi)，墻厚通常再200mm以上，肢長為1.0～2.5m，其規(guī)格與異型框架柱與傳統(tǒng)的剪力墻相似[1]。在一個建筑空間中，它被分布在各個分隔墻的交點上，根據(jù)不同的相交形式，布置適量的短肢剪力墻，最后將其連成一個整體。短肢剪力墻具有兩大特點，分別是：

1.1符合建筑功能的設計要求

與其他墻肢相對比，短肢剪力墻可以有效解決框架內(nèi)部梁柱不和諧的現(xiàn)象[1]。在具體施工中，墻體一般會采用質(zhì)量較輕的材料。與傳統(tǒng)剪力墻相比，雖然短支剪力墻的構(gòu)建給建筑施工增加了不少難度，但是其充分擴大了建筑面積，提高建筑實用性，符合現(xiàn)代人對建筑的要求。

1.2符合空間結(jié)構(gòu)設計需要

與一般建筑的框架-抗震墻體相比，框架-抗震墻體系可以更加明確墻體受力情況，對后續(xù)的計算分析也會更加容易。不過，柱子的橫截面過大、梁柱超出墻面的情況給建筑美觀和實用性方面帶來一些問題。所以，在實際操作中，不規(guī)整以及多變的平面讓整體的建筑結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)最合理的配置，計算起來也相當困難。

然而，短肢剪力墻體系可以很好的解決以上問題，設計師可以根據(jù)具體平面信息，通過了解墻的數(shù)量和肢長，制定不同尺寸，不同大小的短肢剪力墻。其結(jié)構(gòu)布局靈活，墻肢長度可進行任意調(diào)整，還能通過適應不同建筑結(jié)構(gòu)的剛度。

短肢剪力墻體系還具有以下特點：（1）節(jié)省構(gòu)造配筋，短肢剪力墻將墻肢的承受能力發(fā)揮到最大，有效解決了一般剪力墻墻體長的問題，與傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)相比，基本不會對原有建筑功能產(chǎn)生改變。（2）降低造價、減輕結(jié)構(gòu)重量。（3）保證墻體延展性的同時，避免了連梁的剪切破壞，彌補了剪力墻體系延展性不足的缺陷。（4）使用較為靈活，隱蔽，方便放置到間隔墻的平面中。（5）可以根據(jù)建筑剛度的需要，形成主要抗側(cè)力構(gòu)建，輕松滿足建筑的剛度要求。（6）整體結(jié)構(gòu)剛度小，對建筑的抗震較為有利。（7）將輕質(zhì)保溫材料作為外墻墻面，有效改善了房間的隔熱性能，滿足節(jié)能要求。

2短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設計規(guī)定與原則

2.1結(jié)構(gòu)體系布局原則

結(jié)構(gòu)在具體工程實施中需要注意的原則：（1）短肢墻在具體運用中，首先要注意數(shù)量適中。（2）在空間中要注意分布均勻，保證其軸向應力大體相同。當平面出現(xiàn)凹凸以及建筑本身具有抗震要求時，要特別注意外凸部分，加強其整體性以滿足平面的剛性要求。（3）各短肢墻要保持對稱，在不能完全做到時也可以局部錯落，每道短肢墻要與兩個方向的梁連接，保證梁的寬度與墻肢的厚度相同。

在不同空間中布局時也會有不同的原則：

2.1.1 平面布局

短肢剪力墻在平面布局中應遵守以下要求：在布局時，要采用形狀簡單、規(guī)則，剛度以及承受能力均勻的平面結(jié)構(gòu);盡量選擇風荷載作用小的形狀;時刻注意平面規(guī)格，長度要適合，時刻注意突出部分是否過大。

在具體的施工中還要注意，不要將全部墻肢都換做短肢墻，要與筒體相結(jié)合，將短肢剪力墻的作用與筒體作用保持同步。這是因為，在墻體結(jié)構(gòu)中，全部使用短肢剪力墻，如果地震發(fā)生，它的變形曲線就會變成純框架式結(jié)構(gòu)，不符合結(jié)構(gòu)體系中抗震設防的思想。而加上一定數(shù)量的筒體，就會給墻體結(jié)構(gòu)設置第三道防線，從而形成有效的抗震體系。

2.1.2 豎向布局

采用短肢剪力墻筒體的建筑結(jié)構(gòu)在高層建筑方面需值得注意的是，高層建筑的結(jié)構(gòu)要符合建筑狀態(tài)均勻、避免過大的外挑與內(nèi)收的原則。在剛度方面要保持下大上小，均勻變化。在抗震設計方面，樓層側(cè)向剛度的平均值要大于相鄰樓層的70%。在具體設計中，要使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件達到上下貫通的程度，就要按照上到頂，下到底的原則，使其達到均勻分布，中間不宜中段。在改變墻體厚度與混凝土強度時，要注意錯開樓層，避免結(jié)構(gòu)剛度的不均勻變化。

2.2軸壓比限值

實驗研究表明，當剪力墻受到了較大的壓力時，剪力墻的延展性會變差[2]。造成這種現(xiàn)象的主要原因是，受到較大壓力的剪力墻處于壓彎狀態(tài)下，所受壓力面積大，呈現(xiàn)出小偏心的狀態(tài)，因此，在施工過程中要限制軸壓比。

為改善延展性，需合理確定建筑結(jié)構(gòu)中墻受壓情況的比值，在抗震一級、二級、三級時不宜大于0.5、0.65、0.75。因為短肢剪力墻的無翼緣類型與一字型類型的延展性較差，因此，此時的比值限制應該繼續(xù)下降0.1。

2.3肢厚比的適應范圍

對于肢厚比小的墻肢來說，其強度儲備是非常弱的;但肢厚比大的結(jié)構(gòu)墻肢，其強度方面安全性就會增高，不過，由于其不能發(fā)揮材料特效，在經(jīng)濟性方面也會差很多。因此，綜合比較來看，在結(jié)構(gòu)性能與能量儲備上，最符合預期效果的剪力墻其肢厚比在6～7之間，材料性能也能發(fā)揮到極致。

2.4對連梁跨高比的規(guī)定

短肢剪力墻承受壓力的能力，在連梁跨高比減小的時候逐漸增大，當連梁跨高比減小到一定程度時，短肢剪力對壓力的承受度就會降低。因此，連梁跨高比為1.5左右的短肢剪力墻試體的綜合性能較好。

2.5短肢剪力墻的判別

短肢剪力墻有共有四種形狀，分別為T形、l形、】形以及+形。利用計算軟件對剪力墻的形狀進行判定時，我們可以根據(jù)其不同方向的墻肢與厚度之間的比值進行判斷。特別注意的是，軟件在對L形或T形認定時，是以節(jié)點距離來確定的，因此，要將墻肢也算在短肢墻的范圍中。

3短肢剪力墻受力分析[3]

（1）整體彎曲是短肢剪力墻表現(xiàn)出來的典型特征。通常，一般樓層的墻肢都沒有具體的反彎點。由于短肢剪力墻擁有與豎向懸臂柱相似的水平位移曲線，因此，具有彎曲型的特點。

（2）連梁被作為一個短肢剪力墻體系的耗能構(gòu)建，在振動實驗中，其出現(xiàn)了彎曲破壞與剪切破壞兩種破壞狀態(tài)。

（3）肢高比過高會造成建筑物整體構(gòu)件延性降低，構(gòu)建的承受力不會隨著肢高比的增加而增加。再加上，連梁與墻肢比的剛度會對短肢剪力墻的承受力造成影響，因此，取0.03～0.05之間最好。

（4）任何結(jié)構(gòu)都有薄弱部位，短肢剪力墻也不是萬能的。比如建筑平面的邊緣以及建筑平面邊角處的墻肢位置。如果后期發(fā)生了扭轉(zhuǎn)效應，那么這些部位就會率先開裂。

（5）據(jù)了解，一字型墻肢的破壞比起其他墻肢來說比較嚴重，因此，在具體施工中，應該盡量給短肢剪力墻設置翼緣。

4短支剪力墻結(jié)構(gòu)的計算分析

4.1設計軟件

關于結(jié)構(gòu)部件的計算，最常被設計師所使用的設計軟件分為這兩類，一是TAT、TBSA這類以薄壁干原理為基礎的軟件，一類是SATWE、SSW、TUS200這類以墻元理論為基礎的軟件。在日常的施工中，可以選擇自己熟練的軟件進行計算，也可將兩者結(jié)合起來利用。

在解決復雜力學問題時，可以采用SATWE采用有限元法進行分析計算。它是數(shù)值法的分支，在對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)進行分析時，會經(jīng)過以下步驟：（1）對各樓層的剛度以及自由度進行計算;（2）對位移進行計算;（3）計算每個構(gòu)件內(nèi)力;（4）驗算。

4.2對計算結(jié)果的分析以及后續(xù)計劃的調(diào)整

在得知計算結(jié)果后，應對計算結(jié)果進行分析與判斷：對于現(xiàn)在大多數(shù)擁有不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)的住宅建筑來說，要注意采用扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)法，以90%為基準，衡量建筑的振型有效質(zhì)量系數(shù)，從而進行進一步的地震作用判斷。計算時，還要考慮到家用電器、水箱、屋頂?shù)谋奚倚?，提高出屋面的剪力墻強度與延性。

5構(gòu)件設計

5.1短肢墻的設計[4]

在短肢墻體系中，除去短肢墻之外，剩余的其他構(gòu)建都屬于常規(guī)體系構(gòu)件，因此，按照常規(guī)構(gòu)件設計即可。其中，短肢墻也還是剪力墻的一種形式，因此，可以使用一般剪力墻的設計方式。

5.2短肢墻平面內(nèi)梁的設計

短肢墻的平面內(nèi)梁如果跨度小于5，就按照連梁設計;反之則按照框架梁建構(gòu)。按照連梁設計時，在跨度不超過5時，將梁的兩個端點與剪力墻接起來，考慮梁上的內(nèi)力值問題，在電算時會出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，因此，可以通過將梁的剛度折減的方式讓短肢墻分配到更多的內(nèi)力。在用TAT軟件進行計算時，往往會遇到超筋的問題，其原因主要是因為：連梁是由剪力墻開洞而形成的，人為加給梁的剛臂強化了剪力墻對梁的固定作用，增大了梁的彎矩值。因此，用SATWE的殼單位來模擬連梁比較合理。

6建立短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

大體上，我們可以用一般剪力墻的結(jié)構(gòu)來看短肢剪力墻，在對短肢剪力墻進行設計時，在剪力墻端部暗柱上建議采用兩種方式進行設置：一是，在墻體的兩個方向—縱向與橫向，分別設置分布筋;二是，在計算結(jié)構(gòu)腹部的鋼筋面積時，要采用豎向分布的鋼筋配筋率來計算。將暗柱鋼筋面積放置到端部，在腹部均衡配筋。根據(jù)實際情況來選擇兩種配筋方式，第一種比較適用于墻肢較長的短肢剪力墻，而第二種適應與肢長較短的短肢剪力墻。

對于高層建筑，可以適當采取較多短肢剪力墻，來保證維持建筑結(jié)構(gòu)。適當調(diào)整其彎矩和剪力，對其進行塑性調(diào)幅還能增強建筑的抗震效果;在連梁彎曲矩值出現(xiàn)改變時，應該適當提高或降低其他墻肢以及連梁的彎矩設計;在剛度方面，要注意限制調(diào)幅范圍，要保障連梁在實際使用中，不會產(chǎn)生過大的裂縫。

7短肢建立墻結(jié)構(gòu)的施工技術要點

7.1鋼筋工程施工技術要點

在施工過程中避免不了大量鋼筋的使用，鋼筋的質(zhì)量影響著整個建筑的質(zhì)量。在實際加工中，要以圖紙為基準，嚴格按照圖紙要求進行制作。還要進行多次審核，確保鋼筋質(zhì)量合格，如果有質(zhì)量狀況，切記要進行更換。在后續(xù)的加工過程中，也要注意保持鋼筋表面光滑及平整，對有嚴格要求混凝土保護層的結(jié)構(gòu)，使鋼筋得到合理利用。在最后的安裝過程中，為保證豎筋能與下層鋼筋順利連接，要先對豎筋進行處理，必要時進行綁扎，對重點部位加固，進行抗震處理。

7.2混凝土施工工序

要做到對混凝土的材料進行正確的把控，在振搗過程中，要注重方式方法，對于一些振搗困難的混凝土，要進行兩次連續(xù)振搗，控制澆筑厚度，精準測量，保證密實性。

7.3混凝土的施工要點

（1）準備工作不能懈怠，安置好設備，確保其可以正常工作，認真進行原材料選購，對質(zhì)量進行嚴格把關，還要保證原材料可以正常供應。

（2）混凝土的泵送速度要由慢到快，保證其運輸?shù)倪B續(xù)性。提高工作效率，同時保護好鋼筋骨架。

（3）在混凝土澆筑這一方面，控制好模板內(nèi)側(cè)面的長度，保證其在50mm之內(nèi)。對其進行全面觀察，有問題及時糾正。在同一區(qū)域要采取分層澆筑的方式。

7.4定制模板的技術要求

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)場特點來對模板進行設計，確保其牢固性以及正確性[5]。短肢墻的接頭比較復雜，因此，在澆筑過程中要注意鼓模、跑?，F(xiàn)象，制作接口要平整精細。對于墻膜位置基準線的復查工作來說，要準確按照定點線進行施工處理，將已經(jīng)處理好的模板位置線放置到指定位置，安裝拉桿或者斜撐，注意保持穿墻栓與墻膜垂直。在安裝完畢后也要在檢查一邊模板拼接是否嚴密，辦理預檢手續(xù)。

8總結(jié)

建筑功能的多樣性以及人們的需求促進短肢剪力墻體系發(fā)展，短肢剪力墻體系已經(jīng)成為建筑活動中必不可少的技術。對于設計師來說，要加強對短肢剪力墻體系的了解，包括在結(jié)構(gòu)新能、理論計算以及計算方法等多個方面。這樣才能設計出即有質(zhì)量保證又美觀實用的建筑，滿足人們多變的需求，創(chuàng)造出更多特別的結(jié)構(gòu)。

隨著房地產(chǎn)市場不斷發(fā)展，擁有良好性價比的短肢剪力墻體系勢必會得到更多消費者的青睞。因此，必須重視短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，不斷總結(jié)施工過程中的經(jīng)驗，促進建筑行業(yè)向更高的方向發(fā)展。

參考文獻

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[5]張成武.淺析高層住宅工程短肢剪力墻的施工技術[J].建材與裝飾，2017（26）：53-54.

收稿日期：2020-12-05

作者簡介：安兆華（1985—），男，河北定州人，本科，工程師，研究方向：工程施工。

Elementary Discussion on the Key Points of Structural Design and Construction of Short-leg Shear Wall in Civil Engineering Buildings

AN Zhaohua

（Beijing Jingxu Real Estate Development Co.， Ltd.， Beijing? 100071）

Abstract： As people’s requirements for residential buildings increase， short-leg shear walls have been widely used in small and high-rise residential projects as a safe and economical building structure. For high-rise buildings， the role of short-leg shear walls is also irreplaceable. Based on this， whether the shear wall can be cleverly designed in the building directly affects the stability of the overall structure of the building. Therefore， in the actual construction activities， while the construction unit strengthens the construction quality， the designer must also optimally design the structure of the short-leg building wall. This article analyzes its use in civil engineering construction based on the structural characteristics of the short-leg building wall. The construction points in the for reference.

Keywords： short-leg shear wall; structural design; building construction; design method