摘要:本文通过某小高层住宅设计方案对比介绍一种适用于小高层住宅建筑的短肢剪力墙结构体系。
　　关键词:小高层住宅;短肢剪力墙
　　
　　一、工程概况
　　
　　长春某住宅小区，总建筑面积120000m2左右，由15栋小高层组成。主体结构为地上十二层，无地下室，层高3.00m，为普通住宅，单栋建筑面积8000m2左右。开发商为了尽可能的增加性价比，要求设计对结构方案进行优化，并要求在满足安全和适用的前提下，主体结构用钢量控制在50kg/m2以内。为了满足开发商的要求，设计作了以下三个方案的比较，并从中优选出最优方案。
　　
　　二、方案一：采用框架-剪力墙结构
　　
　　本方案的特点是依据建筑平面布局设置框架柱和剪力墙，框架-剪力墙结构同时兼有框架、剪力墙结构的优点，在办公类高层建筑中应用相当普遍。经初步计算，按此方案设计，主体结构用钢量为47kg/m2左右。但此方案缺点是住宅室内露柱露梁，浪费室内空间，销售价格比剪力墙结构的要低，影响后期销售。
　　
　　三、方案二：采用普通现浇钢筋混凝土剪力墙结构
　　
　　本方案的特点是依据建筑平面布局设置钢筋混凝土抗震墙，对较长的墙开结构洞将其分为联肢墙，使各墙段的刚度均匀，由于抗震墙较多，可以构成整体抗侧力很强的体系，对较高建筑抗震特别有利。但若房屋高度不大，反而会造成因刚度过大而招致较大的地震作用，而且造价也会增大。而且，经初步计算，按此方案设计，主体结构用钢量为60kg/m2左右，并非是理想的方案。WwW.11665.coM
　　
　　四、方案三：短肢剪力墙结构
　　
　　近年来，随着人们对住宅，特别是小高层及多层住宅平面布局与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是经过不断的实践和改进，以剪力墙为基础，并吸取框架的优点，逐步发展而形成一种能较好适应小高层住宅建筑的结构体系，即所谓“短肢剪力墙”结构体系。“短肢”剪力墙仍属于剪力墙结构体系，只不过是采用较短的剪力墙肢（短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙），而且通常采用t形、l形、］形、+形等。当这些墙肢截面高度与墙厚之比小于等于3时，它已接近于柱的形式，但并非是方柱，因此称之为“异形柱”。故从广义角度讲，宜将这种结构体系称之为“短肢剪力墙——筒体和一般剪力墙结构体系”。另外所谓“筒体”就是以楼电梯间所组成的钢筋混凝土核心筒；所谓“一般剪力墙”就是指墙肢截面高度与墙厚之比大于8的剪力墙。本方案的特点：结合建筑平面、利用间隔墙位置来布置竖向构件，剪力墙的数量可多可少，剪力墙肢可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同尺寸和布置以调整刚度和刚度中心的位置；由于减少了剪力墙数量，而代之以轻质填充墙，不仅房屋总重量可以减轻，同时也可适当降低结构刚度，使地震作用减小,这不仅对基础设计有利，而且对结构抗震较为有利,同时也可降低工程造价,还可加快施工进度。这种结构体系通常视建筑平面及抗侧力的需要，将中心竖向交通区处理成为筒体，以承受主要水平力。经初步计算，按此方案设计，主体结构用钢量为48kg/m2左右。
　　从以上三种方案的分析比较可以看出，无论是建筑合理还是经济指标，第三方案均优于前两方案，更为经济合理，故本工程最终采用了短肢剪力墙结构。

　　五、短肢剪力墙结构设计时应注意的一些问题
　　
　　由于短肢剪力墙在地震区应用经验不多，为安全起见，《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3-2002）对这种结构抗震设计的最大适用高度、使用范围、抗震等级、筒体和一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率等均作了相应更为严格的规定。此外，短肢剪力墙结构在设计时要选择适合的计算软件，合理地选择计算分析方法，确定计算模型和相关参数，并加强对计算结果合理性判断，特别要加强概念设计，对一些不利部位加强构造措施。在符合规范要求的情况下，经过合理的计算和设计，短肢剪力墙结构就能够达到良好的效果。短肢剪力墙结构设计时应注意的主要问题如下：
　　高层点（板）式住宅采用短肢抗震墙结构体系，只要抗侧力构件布局合理仍然是比较理想的一种结构体系，但在地震区，高层建筑中，剪力墙不宜过少，墙肢不宜过短，因此不应设计仅有短肢剪力墙的高层建筑，要求设置剪力墙筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体和一般剪力墙共同抵抗水平力的结构。
　　短肢墙的布置应合理、对称、均匀，力求质量中心与刚度中心重合。
　　短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，因此应加墙其抗震构造措施，如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。
　　主要抗侧力结构（筒体或长墙）一般利用楼、电梯间，但要注意刚度的均衡性，不要集中在一处布置，使建筑产生过大的扭转效应。同时筒体要有足够的刚度，其平面尺寸不宜过小，要使筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，形成多道抗震防线。为了确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计，短肢墙之间的梁净跨不宜过小（一般取4~6m），使其具有一定的耗能作用。
　　短肢墙受力以承担竖向荷载为主，承担水平荷载为辅，其截面尺寸要适当，墙肢截面高度与厚度之比宜在5~8左右为好，且墙厚不应小于200mm，当墙肢截面高度与厚度比小于等于3时，应按柱的要求进行设计。短肢墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6、0.7，对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，因其延性更为不利，因此轴压比限值要相应降低0.1。
　　短肢剪力墙的抗震等级应比一般剪力墙的抗震等级提高一级采用，主要目的是从构造上改善短肢剪力墙的延性。
　　对于短肢剪力墙的剪力设计值，不仅底部加强部位应按规范调整，其他各层也要调整，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2，主要目的是避免短肢剪力墙过早剪坏。
　　短肢剪力墙——筒体和一般剪力墙结构体系，电算分析力学模型建议采用高层建筑结构空间有限元分析软件satwe,按短肢剪力墙结构体系考虑。短肢墙之间的梁应根据跨高比的不同分别按连梁、框架梁计算内力和配筋（即一般情况下当短剪力墙洞口形成的跨高比小于5的连梁，应按连梁进行设计；当跨高比不小于5时，宜按框架梁进行设计）。短肢墙仍属于剪力墙的范畴，配筋可采用一般剪力墙的计算方法，但是对于长宽比小于3的短肢墙则必须按柱的方法进行设计。注意整体计算需考虑填充墙对结构基本自振周期影响，折减系数可取0.9~1.0
　　如前所述，由于近年兴起的短肢剪力墙结构既有利于住宅建筑布置，又可进一步减轻结构自重，控制用钢量，取得良好的经济效果，故受到了开发商的认可和喜欢，并越来越多地应用于小高层住宅的设计之中。
　　
　　参考文献
　　[1] jgj3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程，北京，中国建筑工业出版社，2002。
　　[2] 全国民用建筑工程设计技术措施（结构），北京，中国计划出版社，2003。
　　[3] 朱炳寅，建筑结构设计规范应用图解手册，北京，中国建筑工业出版社，2005。