朱震宇

（山西省建筑設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030013）

人類的生產(chǎn)生活離不開衣食住行，而住宅建筑正與其中的“住”息息相關(guān)。近年來，在我國的小高層住宅設(shè)計中，對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的運用越來越廣泛。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種比較新型的結(jié)構(gòu)體系，其能夠在有效保證小高層住宅質(zhì)量和性能的同時，良好的適應(yīng)現(xiàn)階段的市場經(jīng)濟環(huán)境。以下就以某小高層住宅工程項目為例來淺要談?wù)劧讨袅Y(jié)構(gòu)體系在小高層住宅設(shè)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(shè)計樓層數(shù)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(jié)構(gòu)體系；在地下3 層中，均運用的是一般剪力墻結(jié)構(gòu)。另外該項目所處地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7 度，因此在設(shè)計中根據(jù)相關(guān)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)將其歸類為丙類建筑，確定剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級為三級。

2 小高層住宅和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)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(shù)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(xiàn)和發(fā)展?，F(xiàn)階段業(yè)內(nèi)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(shù)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(jié)省土地資源以及舒適度高等優(yōu)點，因此近年來在我國住宅建筑行業(yè)得到了迅速的發(fā)展。未來，小高層住宅的設(shè)計及施工工藝技術(shù)水平也將會得到進一步的發(fā)展和提升。

2.2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系

建筑行業(yè)的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的基本特點主要在于以下四點：一是剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)合平面布局對豎向構(gòu)件進行合理布置；二是剪力墻結(jié)構(gòu)體系可以靈活控制墻的數(shù)量與肢長，根據(jù)抗側(cè)力的實際需求而確定最佳的墻數(shù)與肢長；三是剪力墻結(jié)構(gòu)體系的整體高寬比相對較大，延性較強；四是剪力墻結(jié)構(gòu)體系能夠最大限度的減少剪力墻的數(shù)量，而采用輕質(zhì)墻體來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剪力墻，從而降低建筑的自重，提高工程的經(jīng)濟性。

3 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系在小高層住宅設(shè)計中的具體運用

3.1 結(jié)構(gòu)分析模型與軟件的選擇

在該小高層住宅工程項目設(shè)計中運用了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，在其的具體設(shè)計中，為了提高短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性與科學(xué)性，應(yīng)當(dāng)先利用一定的結(jié)構(gòu)分析模型與軟件來對其進行準(zhǔn)確的分析。根據(jù)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(jù)建筑工程的實際結(jié)構(gòu)類型而合理選擇單元種類，從而提高分析的準(zhǔn)確性。其次，在分析中還選擇應(yīng)用了SATWE 程序，通過它能夠借助空間桿對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中的梁、柱、支撐等進行有效的模擬，從而在殼元基礎(chǔ)上形成墻元，最終實現(xiàn)對短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的初步模擬以及提高模型的計算精度。

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算

在對小高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計前，需要先對其振型數(shù)、風(fēng)荷載信息、荷載組合值系數(shù)等相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行準(zhǔn)確計算。經(jīng)計算后，對該小高層住宅工程項目的結(jié)構(gòu)振型數(shù)選擇為15，樓面永久荷載和可變荷載分別設(shè)定為2.5 kN/m2、2.0 kN/m2，屋面可變荷載設(shè)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(jīng)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(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，其短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗扭剛度較強，不易受到扭轉(zhuǎn)的影響；其次，其振型曲線為連續(xù)光滑曲線，結(jié)構(gòu)不易發(fā)生質(zhì)量突變。

4.2 水平位移的計算分析

經(jīng)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(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。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(jīng)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(guān)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計短肢剪力墻。

4.4 剛重比的計算分析

經(jīng)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(guān)剛重比要求。

4.5 軸壓比的計算分析

經(jīng)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(guān)軸壓比要求。

5 墻肢布置原則

在小高層住宅短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的具體設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)注意對墻肢進行按需布置，保證墻肢既能夠滿足相關(guān)抗震要求，又能夠使整體結(jié)構(gòu)達到剛?cè)岵男Ч?。在該小高層住宅工程項目的設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾項原則來進行墻肢的布置：一者應(yīng)當(dāng)要合理選擇短支剪力墻的數(shù)量，不能過多也不能過少，而以滿足豎向荷載和抗側(cè)力的要求為標(biāo)準(zhǔn)；二者應(yīng)當(dāng)要對短支剪力墻進行均勻分布，避免使軸向應(yīng)力相差過于懸殊；三者對于工程中那些具有相關(guān)抗震要求、受風(fēng)力較大或者存在較多平面凹凸的部位，應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)要保證各短支剪力墻的對齊和拉直，使墻肢與連梁構(gòu)成一個連續(xù)跨數(shù)較多的規(guī)整抗側(cè)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(yīng)當(dāng)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(zhì)保溫材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土。

6 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代小高層住宅工程正不斷增多，而通過在小高層住宅設(shè)計中運用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，往往既能夠保證工程質(zhì)量和性能，又能夠更加適應(yīng)當(dāng)前的市場經(jīng)濟環(huán)境?；诙讨袅Y(jié)構(gòu)體系的這些優(yōu)點，其在小高層住宅設(shè)計中得到了十分廣泛的運用。但是，若想充分發(fā)揮出短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢，還需要在實際設(shè)計中把握好各項設(shè)計要點，不斷提高設(shè)計水平。