短肢剪力墙结构体系在小高层住宅设计中运用

朱震宇

（山西省建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030013）

人类的生产生活离不开衣食住行，而住宅建筑正与其中的“住”息息相关。近年来，在我国的小高层住宅设计中，对短肢剪力墙结构体系的运用越来越广泛。短肢剪力墙结构体系是一种比较新型的结构体系，其能够在有效保证小高层住宅质量和性能的同时，良好的适应现阶段的市场经济环境。以下就以某小高层住宅工程项目为例来浅要谈谈短肢剪力墙结构体系在小高层住宅设计中的运用，仅供参考。

1 工程概况

某小高层住宅工程项目，设计楼层数共计14 层，其中地下有3 层、地上有11 层，每层的高度约为2.84 米，总建筑面积约为9231.9 平方米。该小高层住宅工程项目在地上11 层中，均运用了短肢剪力墙结构体系；在地下3 层中，均运用的是一般剪力墙结构。另外该项目所处地区的抗震设防烈度为7 度，因此在设计中根据相关抗震设防标准将其归类为丙类建筑，确定剪力墙结构的抗震等级为三级。

2 小高层住宅和短肢剪力墙结构体系的基本特点

2.1 小高层住宅

随着如今城市中土地资源的日益紧缺及城市人口数量的逐年增多，人们对住宅建筑的需求越来越大，这促使了小高层住宅的出现和发展。现阶段业内尚未对小高层住宅进行明确的定义，但是按照一般约定俗成的说法来讲，小高层住宅指的是楼层数达到7～11 层的住宅建筑。小高层住宅的平面布局通常与多层建筑类似，所以其既具备高层建筑的一些特点，也具备多层建筑的一些特点。另外，小高层住宅还具有建筑容积率高、节省土地资源以及舒适度高等优点，因此近年来在我国住宅建筑行业得到了迅速的发展。未来，小高层住宅的设计及施工工艺技术水平也将会得到进一步的发展和提升。

2.2 短肢剪力墙结构体系

建筑行业的短肢剪力墙结构体系指的是截面厚度＜300mm 且各肢截面高度与厚度之比的最大值在4～8 之间的一种剪力墙结构体系。短肢剪力墙结构体系的基本特点主要在于以下四点：一是剪力墙结构体系可以在不影响住宅功能的前提下，通过间隔墙位置及结合平面布局对竖向构件进行合理布置；二是剪力墙结构体系可以灵活控制墙的数量与肢长，根据抗侧力的实际需求而确定最佳的墙数与肢长；三是剪力墙结构体系的整体高宽比相对较大，延性较强；四是剪力墙结构体系能够最大限度的减少剪力墙的数量，而采用轻质墙体来代替传统的剪力墙，从而降低建筑的自重，提高工程的经济性。

3 短肢剪力墙结构体系在小高层住宅设计中的具体运用

3.1 结构分析模型与软件的选择

在该小高层住宅工程项目设计中运用了短肢剪力墙结构体系，在其的具体设计中，为了提高短肢剪力墙结构体系的稳定性与科学性，应当先利用一定的结构分析模型与软件来对其进行准确的分析。根据该小高层住宅工程项目的实际情况，选择采用了三维有限元计算模型对其进行分析，因为通过三维有限元计算模型可以根据建筑工程的实际结构类型而合理选择单元种类，从而提高分析的准确性。其次，在分析中还选择应用了SATWE 程序，通过它能够借助空间杆对短肢剪力墙结构中的梁、柱、支撑等进行有效的模拟，从而在壳元基础上形成墙元，最终实现对短肢剪力墙结构体系的初步模拟以及提高模型的计算精度。

3.2 结构参数计算

在对小高层住宅短肢剪力墙结构体系进行设计前，需要先对其振型数、风荷载信息、荷载组合值系数等相关结构参数进行准确计算。经计算后，对该小高层住宅工程项目的结构振型数选择为15，楼面永久荷载和可变荷载分别设定为2.5 kN/m2、2.0 kN/m2，屋面可变荷载设定为0.5kN/m2。

4 短肢剪力墙运用效果的计算分析

4.1 周期和振型的计算分析

经模拟计算可知，该小高层住宅工程项目的计算周期满足相关规范标准，其短肢剪力墙结构的抗扭刚度较强，不易受到扭转的影响；其次，其振型曲线为连续光滑曲线，结构不易发生质量突变。

4.2 水平位移的计算分析

经模拟计算可知，该小高层住宅工程项目中短肢剪力墙的层间位移角＜1/1000，符合相关规范标准。其中最大层间位移角x+为1/1631、x-为1/1690、y+为1/1842、y-为1/1839；所在楼层x+为7、x-为7、y+为9、y-为9；层间位移角限值x+为1/1000、x-为1/1000、y+为1/1000、y-为1/1000；最大位移与层平均位移比x+为1.08、x-为1.06、y+为1.16、y-为1.17；最大层间位移与平均层间位移比x+为1.09、x-为1.06、y+为1.16、y-为1.17。

4.3 水平地震作用的计算分析

经模拟计算可知，该小高层住宅工程项目中短肢剪力墙的x 向和y 向的楼层最低剪重比分别为3.29%和3.72%，均满足相关剪重比要求。再者，由于该小高层住宅工程项目中短肢剪力墙承载的底部倾覆力远低于相关标准，因此地下3层采用一般剪力墙即可达到要求，而无须特别设计短肢剪力墙。

4.4 刚重比的计算分析

经模拟计算可知，该小高层住宅工程项目中短肢剪力墙的x 向和y 向的刚重比分别为13.25 和15.12，均满足相关刚重比要求。

4.5 轴压比的计算分析

经模拟计算可知，该小高层住宅工程项目中短肢剪力墙的轴压比为0.43，满足相关轴压比要求。

5 墙肢布置原则

在小高层住宅短肢剪力墙结构体系的具体设计过程中，应当注意对墙肢进行按需布置，保证墙肢既能够满足相关抗震要求，又能够使整体结构达到刚柔并济的效果。在该小高层住宅工程项目的设计中，应当遵循以下几项原则来进行墙肢的布置：一者应当要合理选择短支剪力墙的数量，不能过多也不能过少，而以满足竖向荷载和抗侧力的要求为标准；二者应当要对短支剪力墙进行均匀分布，避免使轴向应力相差过于悬殊；三者对于工程中那些具有相关抗震要求、受风力较大或者存在较多平面凹凸的部位，应当要在其平面外边缘及角点处布置必要的短支剪力墙，并保证短支剪力墙具有足够的刚性；四者应当要保证各短支剪力墙的对齐和拉直，使墙肢与连梁构成一个连续跨数较多的规整抗侧力片；五者最好要使每道短支剪力墙均连接两个方向的梁；六者应当要保证墙肢的厚度适度，既不要过分凸出间隔墙表面，也不要太薄，在个别局部位置可以混合布置较长的墙或者矩形柱。除以上几项原则以外，为了提高该小高层住宅工程项目的保温隔热性能，还可以选择在外墙面使用先进的轻质保温材料来代替传统的钢筋混凝土。

6 结语

综上所述，现代小高层住宅工程正不断增多，而通过在小高层住宅设计中运用短肢剪力墙结构体系，往往既能够保证工程质量和性能，又能够更加适应当前的市场经济环境。基于短肢剪力墙结构体系的这些优点，其在小高层住宅设计中得到了十分广泛的运用。但是，若想充分发挥出短肢剪力墙结构体系的优势，还需要在实际设计中把握好各项设计要点，不断提高设计水平。