短肢剪力墻結構體系在小高層住宅設計中運用

朱震宇

（山西省建筑設計研究院有限公司，山西 太原 030013）

人類的生產生活離不開衣食住行，而住宅建筑正與其中的“住”息息相關。近年來，在我國的小高層住宅設計中，對短肢剪力墻結構體系的運用越來越廣泛。短肢剪力墻結構體系是一種比較新型的結構體系，其能夠在有效保證小高層住宅質量和性能的同時，良好的適應現階段的市場經濟環境。以下就以某小高層住宅工程項目為例來淺要談談短肢剪力墻結構體系在小高層住宅設計中的運用，僅供參考。

1 工程概況

某小高層住宅工程項目，設計樓層數共計14 層，其中地下有3 層、地上有11 層，每層的高度約為2.84 米，總建筑面積約為9231.9 平方米。該小高層住宅工程項目在地上11 層中，均運用了短肢剪力墻結構體系；在地下3 層中，均運用的是一般剪力墻結構。另外該項目所處地區的抗震設防烈度為7 度，因此在設計中根據相關抗震設防標準將其歸類為丙類建筑，確定剪力墻結構的抗震等級為三級。

2 小高層住宅和短肢剪力墻結構體系的基本特點

2.1 小高層住宅

隨著如今城市中土地資源的日益緊缺及城市人口數量的逐年增多，人們對住宅建筑的需求越來越大，這促使了小高層住宅的出現和發展。現階段業內尚未對小高層住宅進行明確的定義，但是按照一般約定俗成的說法來講，小高層住宅指的是樓層數達到7～11 層的住宅建筑。小高層住宅的平面布局通常與多層建筑類似，所以其既具備高層建筑的一些特點，也具備多層建筑的一些特點。另外，小高層住宅還具有建筑容積率高、節省土地資源以及舒適度高等優點，因此近年來在我國住宅建筑行業得到了迅速的發展。未來，小高層住宅的設計及施工工藝技術水平也將會得到進一步的發展和提升。

2.2 短肢剪力墻結構體系

建筑行業的短肢剪力墻結構體系指的是截面厚度＜300mm 且各肢截面高度與厚度之比的最大值在4～8 之間的一種剪力墻結構體系。短肢剪力墻結構體系的基本特點主要在于以下四點：一是剪力墻結構體系可以在不影響住宅功能的前提下，通過間隔墻位置及結合平面布局對豎向構件進行合理布置；二是剪力墻結構體系可以靈活控制墻的數量與肢長，根據抗側力的實際需求而確定最佳的墻數與肢長；三是剪力墻結構體系的整體高寬比相對較大，延性較強；四是剪力墻結構體系能夠最大限度的減少剪力墻的數量，而采用輕質墻體來代替傳統的剪力墻，從而降低建筑的自重，提高工程的經濟性。

3 短肢剪力墻結構體系在小高層住宅設計中的具體運用

3.1 結構分析模型與軟件的選擇

在該小高層住宅工程項目設計中運用了短肢剪力墻結構體系，在其的具體設計中，為了提高短肢剪力墻結構體系的穩定性與科學性，應當先利用一定的結構分析模型與軟件來對其進行準確的分析。根據該小高層住宅工程項目的實際情況，選擇采用了三維有限元計算模型對其進行分析，因為通過三維有限元計算模型可以根據建筑工程的實際結構類型而合理選擇單元種類，從而提高分析的準確性。其次，在分析中還選擇應用了SATWE 程序，通過它能夠借助空間桿對短肢剪力墻結構中的梁、柱、支撐等進行有效的模擬，從而在殼元基礎上形成墻元，最終實現對短肢剪力墻結構體系的初步模擬以及提高模型的計算精度。

3.2 結構參數計算

在對小高層住宅短肢剪力墻結構體系進行設計前，需要先對其振型數、風荷載信息、荷載組合值系數等相關結構參數進行準確計算。經計算后，對該小高層住宅工程項目的結構振型數選擇為15，樓面永久荷載和可變荷載分別設定為2.5 kN/m2、2.0 kN/m2，屋面可變荷載設定為0.5kN/m2。

4 短肢剪力墻運用效果的計算分析

4.1 周期和振型的計算分析

經模擬計算可知，該小高層住宅工程項目的計算周期滿足相關規范標準，其短肢剪力墻結構的抗扭剛度較強，不易受到扭轉的影響；其次，其振型曲線為連續光滑曲線，結構不易發生質量突變。

4.2 水平位移的計算分析

經模擬計算可知，該小高層住宅工程項目中短肢剪力墻的層間位移角＜1/1000，符合相關規范標準。其中最大層間位移角x+為1/1631、x-為1/1690、y+為1/1842、y-為1/1839；所在樓層x+為7、x-為7、y+為9、y-為9；層間位移角限值x+為1/1000、x-為1/1000、y+為1/1000、y-為1/1000；最大位移與層平均位移比x+為1.08、x-為1.06、y+為1.16、y-為1.17；最大層間位移與平均層間位移比x+為1.09、x-為1.06、y+為1.16、y-為1.17。

4.3 水平地震作用的計算分析

經模擬計算可知，該小高層住宅工程項目中短肢剪力墻的x 向和y 向的樓層最低剪重比分別為3.29%和3.72%，均滿足相關剪重比要求。再者，由于該小高層住宅工程項目中短肢剪力墻承載的底部傾覆力遠低于相關標準，因此地下3層采用一般剪力墻即可達到要求，而無須特別設計短肢剪力墻。

4.4 剛重比的計算分析

經模擬計算可知，該小高層住宅工程項目中短肢剪力墻的x 向和y 向的剛重比分別為13.25 和15.12，均滿足相關剛重比要求。

4.5 軸壓比的計算分析

經模擬計算可知，該小高層住宅工程項目中短肢剪力墻的軸壓比為0.43，滿足相關軸壓比要求。

5 墻肢布置原則

在小高層住宅短肢剪力墻結構體系的具體設計過程中，應當注意對墻肢進行按需布置，保證墻肢既能夠滿足相關抗震要求，又能夠使整體結構達到剛柔并濟的效果。在該小高層住宅工程項目的設計中，應當遵循以下幾項原則來進行墻肢的布置：一者應當要合理選擇短支剪力墻的數量，不能過多也不能過少，而以滿足豎向荷載和抗側力的要求為標準；二者應當要對短支剪力墻進行均勻分布，避免使軸向應力相差過于懸殊；三者對于工程中那些具有相關抗震要求、受風力較大或者存在較多平面凹凸的部位，應當要在其平面外邊緣及角點處布置必要的短支剪力墻，并保證短支剪力墻具有足夠的剛性；四者應當要保證各短支剪力墻的對齊和拉直，使墻肢與連梁構成一個連續跨數較多的規整抗側力片；五者最好要使每道短支剪力墻均連接兩個方向的梁；六者應當要保證墻肢的厚度適度，既不要過分凸出間隔墻表面，也不要太薄，在個別局部位置可以混合布置較長的墻或者矩形柱。除以上幾項原則以外，為了提高該小高層住宅工程項目的保溫隔熱性能，還可以選擇在外墻面使用先進的輕質保溫材料來代替傳統的鋼筋混凝土。

6 結語

綜上所述，現代小高層住宅工程正不斷增多，而通過在小高層住宅設計中運用短肢剪力墻結構體系，往往既能夠保證工程質量和性能，又能夠更加適應當前的市場經濟環境。基于短肢剪力墻結構體系的這些優點，其在小高層住宅設計中得到了十分廣泛的運用。但是，若想充分發揮出短肢剪力墻結構體系的優勢，還需要在實際設計中把握好各項設計要點，不斷提高設計水平。