小高层建筑中短肢剪力墙结构设计浅析

姚骥华

【摘 要】随着社会的发展，人们的生活生产水平不断地提高，人们对房屋建筑质量和性能也提出了更高的要求。在现代的小高层建筑中，通常会应用到短肢剪力墙结构设计。在小高层建筑工程中应用短肢墙剪力墙结构设计可以有效的提高小高层建筑的质量和性能。随着建筑行业的发展，短肢剪力墙结构也得到了长足的发展，从而进一步为现代的小高层建筑建设奠定了坚实的基础。本文通过对短肢剪力墙结构设计的深入研究，然后对小高层建筑中短肢剪力墙结构设计进行了详细探讨，并提出了具体的设计方案，以供同行参考。

【关键词】小高层建筑；短肢剪力墙；结构设计

0.引言

随着社会的进步，人们对于住宅的要求也越来越高，尤其是对高层建筑平面和空间的要求越来越高，传统框架结构的漏梁、漏柱、普通剪力墙结构对建筑的空间进行严格限定和分隔已经不能满足人们对建筑空间进行自主规划的需求。在这一时代背景的要求下，在现代的小高层建筑中短肢剪力墙结构应用而生，短肢剪力墙结构不仅融合了传统框架结构的所有优点，而且还进行了相信的改进创新，慢慢地发展成为了能够满足人们对住宅空间要求的结构形式。在现代的建筑工程中，短肢剪力墙结构的截面厚度不能超过300mm，并且剪力墙各肢截面高度和厚度之比的范围应该在4～8之间。随着科学技术的进步，建筑行业也呈现出高速发展的态势，在现代的建筑领域中，各种各样的高新建筑材料和先进的施工工艺层出不穷，从而为现代的建筑工程建设打下了坚实的基础。然而随着人们对住宅的要求越来越高，在现代的建筑工程中，为了满足人们对建筑日益提高的要求，通常会应用到短肢剪力墙结构设计来进行建筑的设计规划。本文从某工程实例出发，对短肢剪力墙结构设计进行研究，并提出了具体的设计方案，希望能够起到抛砖引玉的效果，使同行相互探讨共同提高，进而为我国今后的小高层建筑中短肢剪力墙结构设计起到参考作用。

1.工程概况

某小区中的房屋建筑均为9～15层的小高层建筑，该建筑的总面积为120000m2，以地上9层小高层为例，层高3m；9层上有个跃层为第10层，局部突出屋面部分为电梯机房。建筑总面积为4337.18m2，建筑总高为27.600m。本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，按6度设防，地面粗糙度为C类，场地土类别为Ⅱ类。

2.结构方案布置分析与选择

该建筑工程起初采用的是传统的剪力墙结构，但是在本次建筑工程中，如果采用传统的剪力墙结构对于这种小高层建筑来说，通常会造成该结构的刚度严重偏大，并且使建筑结构的重量急剧增加，从而在地震等自然灾害中，很容易受到影响。与此同时，采用传统的框架结构还会使建筑上部的施工成本增加，从而降低工程的效益。综合多方面因素考虑，最将本工程的剪力墙结构确定为短肢剪力墙结构。

剪力墙各肢截面高度和厚度之比的范围应该在4～8之间。短肢剪力墙结构与传统的剪力墙结构相比，其优势在于以下几个方面：

（1）短肢剪力墙结构的布置非常灵活，并且对结构布置能够及时调整，从而能够满足人们对建筑空间布置的需求。

（2）在短肢剪力墙结构设计中，通常会用轻质砌体替代剪力墙，使建筑结构的刚度降低和重量降低，从能大幅度提高建筑的抗震能力。

（3）墙肢高宽比较大，延性较好，对抗震有利。

（4）连梁跨高比较大，以受弯破坏为主，地震作用下首先在弱连梁两端出现塑性铰，能起到很好的耗能作用。

（5）墙肢的承载力得到了较充分的发挥。

目前，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002已对短肢剪力墙结构的设计作出了规定。

在本住宅结构平面布置中，尽量使结构平面形状和刚度均匀对称，短肢剪力墙双向布置，尽量拉通、对直，竖向布置中，力求规划均匀，避免有过大的外挑、内收，以及楼层刚度沿竖向突变，使整个房屋的抗侧刚度中心靠近水平荷载合力的作用线，以免房屋发生扭转。

根据建筑的平面布置，在房间、楼梯间、电梯间的四角，采用Z形、L形、T形或异形的墙肢。在设计过程中还应注意同周期的关系，使结构的第一自振周期避开场地土的卓越周期，以免地基与结构形成共振或类共振，既保证结构在风和地震荷载作用下的变形控制在规范允许的范围内，又要保证建筑物有相对合理的自振周期，做到结构设计经济、合理且实用。

本方案根据上述分析并经过多次调试，得到了4种结构方案，结构平面布置。剪力墙截面厚度同相邻砌体填充墙厚度均为100mm。剪力墙、梁混凝土强度等级为C30。板的混凝土强度等级均为C25。主要连梁的尺寸大都为200mm×400mm。标准层楼板厚度为120mm，顶层楼板厚度为150mm，有别于肢长肢厚比不大于4.0的异形柱，短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要求控制在5～8范围内，一般剪力墙的肢长肢厚比均大于8。值得注意的是，对肢长肢厚比为4～5范围内的墙肢，目前规范尚无明确条文规定其构件类型，故设计时建议不要采用。

由于原方案的剪力墙过多，使底部剪力过大，使结构很不经济，同时布置了少量钢筋混凝土柱子，使结构不是很合理。在一般剪力墙结构的基础上去掉了构造柱并减少了少量的剪力墙。

3.上部结构设计计算结果分析

3.1计算结果分析

从构件力学特性上来说，短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5.0，更接近于剪力墙，故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。因此，结构整体计算采用中国建筑科学研究院开发的SATWE程序（2003年版）进行。SATWE采用的是在每个节点有六个自由度的壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙墙元不仅具有平面内刚度也具有平面外刚度，可以较好地模拟工程中剪力墙的真实受力状态，计算结果较精确；同时，对楼板SATWE可以考虑其弹性变形。虽然主楼结构平面较规则，立面也无刚度突变现象，但由于刚度较大的电梯井处筒体有点偏置，会产生扭转的影响，为了计算准确，地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5%偶然偏心的影响，取了27个振型计算。

3.2短肢剪力墙结构经济性分析

为了与工程实际情况相符，假设混凝土的成本与混凝土的体积成正比，钢筋的成本与钢筋的体积成正比。在总造价上，暂不考虑模板及楼板等工程的造价影响。材料的单方造价混凝土为430元/m3，钢筋4200元/t。表4为方案的经济指标汇总，由表4知，方案4比一般剪力墙结构在总造价上要节约17.8%，使材料得到了充分的发挥。

4.结束语

随着社会经济的高速发展，人们的生活生产水平显著提高，因此人们对房屋建筑业提出了更高的要求，在现代的建筑工程中，传统的框架结构已经不能满足人们对住宅平面和空间的要求。因此，为了满足人们对建筑平面和空间的要求，在现代建筑工程中通常会应用到短肢剪力墙结构设计，进行建筑的设计规划。小高层建筑是现代小区中的主流建筑，因此在小高层建筑工程中，应用短肢剪力墙结构设计意义重大。通过本文对小高层建筑中短肢剪力墙结构设计的深入探析，相信读者对其也有了进一步的认识，总而言之，随着社会的发展，可以预见，在将来的小高层建筑中短肢剪力墙结构设计一定会更加完善，从而能够在满足人们对建筑平面和空间需求的同时大幅度提高建筑工程的质量。 [科]