探究小高層住宅結構設計

　　摘要:本文論述了小高層住宅結構設計中應特別重視規(guī)程中的有關結構設計的各條規(guī)定，對結構進行合理選型,運用計算手段對結構做出合理評價,合理調整，并以所做的工程為例對基礎選型及豎向構件等設計做出簡要介紹。

　　關鍵詞:小高層；住宅；結構設計；基礎

　　隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)快速的增長，人民生活水平不斷提高，居民的居住面積和舒適度也不斷提高。近期，小高層住宅在我國如雨后春筍般大量涌現(xiàn)，如何在設計過程中使結構方案經(jīng)濟合理已成當務之急。由于目前設計周期短任務重,大多數(shù)結構設計僅是根據(jù)已確定好的平面和豎向布置,先假定好構件尺寸,通過電算來調整結構的周期,位移,剛度比,穩(wěn)定性等結構參數(shù)及梁柱配筋等,至于整個方案是否完善,構件尺寸是否假定太大,則不做仔細研究研究，很多時侯都會產(chǎn)生不必要的浪費，另外,住宅布置有時建筑考慮立面和內部空間,使結構布置產(chǎn)生許多不合理之處。例如:轉角窗的布置,使框架角部不能布柱,大大削弱了結構的整體剛度;受建筑平面限制某些剪力墻布置不均勻,產(chǎn)生剛度偏心和扭轉等,這些形式對結構受力及抗震均不利，因此我們設計時必須強調概念設計,在平面布置和構造設計上使結構更趨合理。

　　1．小高層住宅結構設計的總體指標控制

　　計算判斷結構抗震是否可行的主要依據(jù)是在風荷載和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，結構的振型曲線，自振周期以及風荷載和地震作用下建筑物底部剪力和總彎矩是否在合理范圍中。總體指標對建筑物的總體判別十分有用。譬如說若剛度太大，周期太短，導致地震效應增大，造成不必要的材料浪費；但剛度太小，結構變形太大，影響建筑物的使用。合理的剛度是多少，建議對于小高層住宅μ/H取1/2500-1/3500，剛重比在10-15之間是比較合理的。周期約為層數(shù)的0.06-0.08倍之間。而對結構布置扭轉的控制：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍。當然建議對于頂層構件可不考慮在內，否則很難滿足上述指標。另外地震效應是與建筑物質量成正比,減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效措施.高層建筑中質量大了,不僅作用于結構上的地震剪力大,還由于地震作用傾覆力矩大,對豎向構件產(chǎn)生很大的附加軸力,P-△效應造成附加彎矩更大.因此,在小高層建筑房屋中,結構構件宜采用高強度材料,非結構構件和圍護墻體應有用輕質材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構件的內力，使構件截面變小，又可減小結構剛度與地震效應，不但能節(jié)省材料，降低造價，還能增加使用空間。

　　對于小高層住宅結構而言，在結構選型上應注意以下幾點:

　　1.1結構的規(guī)則性

　　《抗規(guī)》、《高規(guī)》在這方面要求了相當多的限制條件，例如:平面規(guī)則性信息、豎向抗側力、剛度變化宜均勻等，而且，《抗規(guī)》采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。”因此，結構的規(guī)則性問題對整個結構設計是很重要的。

　　1.2上部結構嵌固端的設里

　　由于小高層住宅一般都帶有一層或一層以上的地下室或人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，我們在嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性等問題上都要認真考慮，不得忽視。

　　1.3短肢剪力墻的設計

　　由于目前的住宅內部空間以及美觀的要求，以及建筑造價經(jīng)濟合理的要求，從而對結構體系的要求也隨之提高，剪力墻結構(含部分短肢剪力墻)就是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。剪力墻結構(含部分短肢剪力墻)能夠較好地完成建筑要求，并且較為經(jīng)濟合理。

　　2．小高層住宅結構設計的基礎設計

　　高層建筑基礎設計一直是結構工程師極其重視和非常關鍵的方面，不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時也是影響整個工程造價的決定性因素之一。研究地基基礎對建筑抗震能力的影響，作出恰當?shù)倪x擇，已成為高層建筑結構設計的重要部分，基礎是房屋的根基，是房屋中極為重要組成部分，一幢房屋如果沒有一個堅實可靠的基礎，再好的上部結構也不可能正常發(fā)揮其作用，甚至可能導致上部結構的破壞與傾斜�；�礎類型的選擇往往比上部結構選型更困難。影響因素更多，因此也更要謹慎。高層建筑的基礎類型，應根據(jù)地基的性質，結構類型，荷載特點，施工條件等因素綜合考慮。目前的小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設置地下室。如何對基礎進行合理選型，將對整個地下室設計的經(jīng)濟性產(chǎn)生重要影響。基礎選型應作方案比較，才能選定經(jīng)濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，則應考慮樁沖切，角樁沖切，墻沖切及板配筋等多方面的因素。另外，筏板長度的設置也須我們研究探討，由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)我們采用設置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用是明顯的，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當而引起后澆帶漏水及裂縫。如何對樁進行合理選型，將對整個地下室設計的經(jīng)濟性產(chǎn)生重要影響。筆者認為基礎選型要做具體的方案分析比較，才能選定經(jīng)濟合理的基礎形式。

　　3．小高層住宅結構設計的剪力墻設計

　　3.1剪力墻的布置：剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，且X，Y兩向的剛重比接近。在結構布置應避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應布置成長墻（h/w>）8；應避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上,若無法避免，則剪力墻相應部位應設置暗柱,當梁高大于墻厚的2.5倍時，應計算暗柱配筋，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件兩個方向均應布置成長墻；規(guī)范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍以下為短墻，大于8倍則為普通墻，這就引起高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻的受力特性截然不同，而配筋亦大相徑庭，這顯得比較機械而不合理，因此建議布置長墻時高厚比能大于9。

　　3.2剪力墻的配筋及構造：對于小高層住宅來說,剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對于結構安全及工程的經(jīng)濟性具有十分重要的作用。剪力墻墻體配筋（以200厚墻體為例）一般要求水平鋼筋放在外側,豎向鋼筋放在內側。配筋滿足計算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。建議加強區(qū)Φ10@200，非加強區(qū)Φ8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當別論。因為地下部分墻體配筋大多由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側壓力控制，而由于簡化計算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內側，豎向鋼筋放在外側。地下部分墻體鋼筋保護層按《地下工程防水技術規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定：迎水面保護層應大于50mm，且在保護層內按《混凝土結構設計規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定增設雙向鋼筋網(wǎng)片。在這種情況下，很多設計人員在進行外墻裂縫驗算時有效截面高度仍按保護層50mm計算，認為是不妥當?shù)�。當采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計算保護層厚度至少可按30mm來取值，這對節(jié)省墻體配筋效果相當明顯。

　　3.3剪力墻按規(guī)范應設置邊緣構件。一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件;其余剪力墻應按《高規(guī)》第7.2.17條設置構造邊緣構件。筆者結合本工程就構造邊緣構件的配筋作一點討論，首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即:普通剪力墻(長墻)，短肢剪力墻。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強區(qū)0.7%，一般部位0.5%。對于短肢剪力墻，應按《高規(guī)》第7.1.2條控制配筋率加強區(qū)1.2%，一般部位1.0%；對于小墻肢其受力性能較差，應嚴格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設計，并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區(qū)1.2%，一般部位1.0%。

　　3.4剪力墻中的連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的;但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗洞口底，有時連梁高度則太高，這樣高跨比也太大，并且與計算模型不符，相應配筋亦較大，不太合理。筆者建議，連梁高度計算與設計統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用陶粒砌塊或其他輕質材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加一根梁，兩根梁之間用陶粒砌塊填充。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平鋼筋。

　　3.5剪力墻的樓層處均設置暗梁。剪力墻結構雖然沒有這方面的規(guī)范性強制要求，但在墻板交接處設置暗梁對加強結構的整體性還是有益處的。筆者認為，在樓層位置設置暗梁是有必要的，但沒有必要設置太大斷面及配筋。

　　總之，小高層設計時，做好概念設計，根據(jù)房屋的建造地點，平立面體形，層數(shù)多少，在滿足安全性、耐久性與舒適性要求的前提下采用合理的結構體系。在構件設計中精打細算，嚴格執(zhí)行規(guī)范構造要求對于整個建筑物，保證安全，降低造價影響巨大，這也是我們在今后設計中不斷提高及改進的。

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