邵正標

摘要：隨著一些城市開始禁止使用實心粘土磚砌體作為承重結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在多層住宅中也開始得到廣泛應用，其中以矩形柱框架、異形柱框架和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)為常見。文章對小高層住宅鋼筋混凝土矩形柱框架、異形柱框架、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計策略進行了相關(guān)探索。

關(guān)鍵詞：小高層住宅；鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TN929文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0155-02

一、引言

20世紀90年代以后，隨著我國鋼材量的不斷提高，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展，隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)建筑還是住宅，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的各種難題也日益增多，因而作為一個結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要在遵循各種規(guī)范下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點、重點。

二、小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本形式

（一）框架一剪力墻結(jié)構(gòu)

在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻就組成了框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。它是小高層住宅中應用比較廣泛的一種主體結(jié)構(gòu)型式。其特點是平面靈活，適用性強，結(jié)構(gòu)合理，能使框架、剪力墻兩種有不同變形性能的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)很好地協(xié)同發(fā)揮作用。

（二）大開間剪力墻結(jié)構(gòu)

隨著時代的發(fā)展和人們生活水平的提高，原來建造的小開間剪力墻體系住宅在建筑功能上的局限性變得日益明顯。從強度方面看，小開間結(jié)構(gòu)中墻體的作用不能得到充分的發(fā)揮，并且過多的剪力墻布置還會導致較大的地震力，增加工程費用，另外，由于結(jié)構(gòu)自重較大，也增加了基礎(chǔ)的投資，因此，大開間剪力墻應運而生。

承重墻的開間達到4.5m~7.5m，進深達到7.5m~11m，室內(nèi)一般無承重的橫墻和縱墻，可以按照住戶的不同要求靈活分隔，隨著家庭的變化還可重新布置。

（三）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

短肢剪力墻（墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻）介乎于異形框架柱和一般剪力墻之間，由于這種結(jié)構(gòu)體系在建筑功能、結(jié)構(gòu)形式、投資效益、節(jié)能指標等多方面效果良好，已成小高層住宅的主要結(jié)構(gòu)形式。

三、小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

（一）水平荷載逐漸成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素

在低層住宅中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計；而在小高層住宅中，盡管豎向荷載仍對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生著重要影響，但水平荷載將成為控制因素。對某一特定建筑來說，豎向荷載大體上是定值；而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨動力特性的不同而有較大幅度的變化。

（二）軸向變形不容忽視

對于采用框架體系或框架一剪力墻體系的小高層住宅，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，這就使得中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到很大的數(shù)值，其后果相當于連續(xù)梁中間支座產(chǎn)生沉陷，使連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。

（三）側(cè)移成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制指標

與低層住宅不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因素。隨著房屋高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，結(jié)構(gòu)的頂點側(cè)移一般與房屋高度H的四次方成正比。在設(shè)計小高層住宅時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，而且還要有足夠的抗側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移控制在一定的范圍內(nèi)。這是因為：（1）過大的側(cè)移會使人不舒服，影響房屋的正常使用。（2）過大的側(cè)移會使隔墻、圍護墻以及它們的高級飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，也會使電梯軌道變形而導致不能正常運行。（3）過大的側(cè)移會因P-△效應使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至因側(cè)移與附加內(nèi)力的惡性循環(huán)導致建筑物的倒塌。

（四）結(jié)構(gòu)延性是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標

相對于低層住宅而言，小高層住宅更柔一些，地震作用下的變形就更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

四、小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計對策

（一）優(yōu)化設(shè)計的方法

當前，在無成熟的優(yōu)化設(shè)計分析軟件的情況下，主要是應用小高層住宅結(jié)構(gòu)分析軟件，采用人工分析進行調(diào)整，運用概念設(shè)計的方法對不同的結(jié)構(gòu)選型和布置不斷地進行方案分析比較，以獲得比較理想的結(jié)構(gòu)方案，這是在結(jié)構(gòu)設(shè)計中最常用的也是最簡單的優(yōu)選或者說是優(yōu)化方法。用概念設(shè)計的方法所得的方案是較合理、經(jīng)濟的，雖其費工費時、對設(shè)計人員的素質(zhì)要求較高，但這種依靠設(shè)計人員經(jīng)驗進行人工優(yōu)化的方法仍是當前所普遍采用的主要方法。對于同一小高層住宅方案，可以有許多不同的結(jié)構(gòu)（包括基礎(chǔ)）布置方案；確定了結(jié)構(gòu)布置的小高層住宅物，即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法；分析過程中設(shè)計參數(shù)、材料、荷載的取值也不是惟一的；小高層住宅物細部的處理更是不盡相同等等，這些問題目前計算機是無法完全解決的，都需要設(shè)計人員自己做出判斷。而判斷只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)律指導下，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進行，這便是前面所說的概念設(shè)計。因此，概念設(shè)計存在于設(shè)計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

（二）小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本形式經(jīng)濟性分析

我們通過對三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)直接費的計算，發(fā)現(xiàn)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)單位面積直接費相差不是很多，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費最大，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費最小，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費高出12.5%，比大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費高出7.3%，大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費高出4.9%。三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)的次要項目造價基本相同。單位面積造價框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的最小，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的次之，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的稍微較大，三種結(jié)構(gòu)體系直接費最大相差不到45元/m2元。

五、結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平進一步提高，用戶對住宅的功能提出更高的要求，人們希望建筑物在使用過程中具有更大的靈活性，能夠適應多功能變換的需求。因此，設(shè)計單位在拿到開發(fā)單位的設(shè)計意圖后，應本著經(jīng)濟美觀，安全適用的原則多為社會設(shè)計出更好的產(chǎn)品。

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