高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計選型與設(shè)計

穆龍

摘要：人們對高層建筑的空間要求越來越高，高層住宅結(jié)構(gòu)以剪力墻結(jié)構(gòu)居多。本文從高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)構(gòu)選型、經(jīng)濟(jì)分析，到高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計時的剪力墻布置、結(jié)構(gòu)計算、構(gòu)造措施及繪圖細(xì)節(jié)做了簡要的舉例說明。為類似的工程設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計選型；結(jié)構(gòu)分析；設(shè)計繪圖

一、前言

近年來隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，建筑業(yè)已經(jīng)成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在國家城鄉(xiāng)一體化統(tǒng)籌發(fā)展思路指引下，城市化進(jìn)程加快，房地產(chǎn)開發(fā)和農(nóng)居安置房的建設(shè)開展的如火如荼。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，加之土地資源寶貴，所以高層住宅小區(qū)占了很大的比例。本文以具體的工程實例為例，系統(tǒng)的介紹高層住宅設(shè)計中結(jié)構(gòu)專業(yè)從結(jié)構(gòu)選型、經(jīng)濟(jì)分析，到豎向構(gòu)件布置、結(jié)構(gòu)計算、構(gòu)造措施及繪圖細(xì)節(jié)，以供結(jié)構(gòu)設(shè)計人員參考。

二、結(jié)構(gòu)選型與經(jīng)濟(jì)分析

確定建筑結(jié)構(gòu)方案應(yīng)綜合考慮房屋的重要性、設(shè)防烈度、場地類別、房屋高度、地基基礎(chǔ)和施工條件并結(jié)合結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟(jì)合理，選擇最合適的結(jié)構(gòu)體系。

在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計階段，首先考慮建筑的使用功能對內(nèi)部空間的需要。小空間平面布置方案，適用于住宅及旅館的客房部。在較低的樓房中，水平荷載處于次要地位，結(jié)構(gòu)的負(fù)荷主要以重力為代表的豎向荷載。高層建筑的受力特點是承受豎向荷載和水平荷載的作用，隨著建筑物高度的增加，水平荷載（風(fēng)或地震力）產(chǎn)生的內(nèi)力和位移迅速增加。以下介紹在高層住宅中使用最多的3種結(jié)構(gòu)體系.

1、剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)房屋是將房屋的內(nèi)、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它既承擔(dān)垂直荷載、也抵抗水平力。因剪力墻是一整片高大的墻體、側(cè)面又有剛性樓蓋的支撐，故在其身平面內(nèi)有很大的側(cè)向剛度，屬于剛性結(jié)構(gòu)，能承受較大的水平荷載（剪力）、“剪力墻”即由此而得名。剪力墻墻肢截面高度與厚度的比值大于8，特點是整體性能 好，側(cè)向剛度大，水平力下側(cè)向位移小，并且由于沒有梁柱等外露或凸出部分，便于房間布置。剪力墻結(jié)構(gòu)是一種傳統(tǒng)、成熟、受力性能良好的結(jié)構(gòu)形式，其缺點是結(jié)構(gòu)墻體相對多、自重較大。綜合評價，這種結(jié)構(gòu)形式深受用戶和建筑是的歡迎，因而在許多高層住宅建筑中得到了光泛的應(yīng)用。剪力墻結(jié)構(gòu)房屋是將房屋的內(nèi)、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，它既承擔(dān)垂直荷載、也抵抗水平力。因剪力墻是一整片高大的墻體、側(cè)面又有剛性樓蓋的支撐，故在其身平面內(nèi)有很大的側(cè)向剛度，屬于剛性結(jié)構(gòu)，能承受較大的水平荷載（剪力）、“剪力墻”即由此而得名。

2.框架剪力墻結(jié)構(gòu)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是指由普通框架柱與一般剪力墻共同組成的一種結(jié)構(gòu)形式，由框架與剪力墻共同承擔(dān)荷載。它具有框架與剪力墻共同受力的優(yōu)點，又能獲得較大的房屋空間。但是由于現(xiàn)在建筑平面布置較靈活，框架布置非常復(fù)雜，很難形成規(guī)則的受力體系，并且隨著房間布局的變化，容易產(chǎn)生柱楞和凸出的大梁，影響建筑外觀和使用功能。同時，由于多次受力轉(zhuǎn)換，梁板的受力性能受到影響，提高了造價。

3.異型柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)

采用異型柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)的墻肢截面高度與厚度的比值不大于4，柱肢受力情況復(fù)雜。由于對該結(jié)構(gòu)形式的抗震性能存在很多爭議，該結(jié)構(gòu)形式也一直沒有得到國家規(guī)范的承認(rèn)，在很多地區(qū)的應(yīng)用受限。經(jīng)過近幾年的實驗和研究，該結(jié)構(gòu)形式通過了國家抗震規(guī)范的審查。規(guī)范對這種結(jié)構(gòu)形式的最大適用高度、使用范圍、抗震等級、一般剪力墻承受的地震傾覆力矩、墻肢厚度、軸壓比、截面剪力設(shè)計值、縱向鋼筋配筋率、體積配箍率等作了嚴(yán)格的規(guī)定。同時，由于結(jié)構(gòu)斷面較小，克服了框架剪力墻結(jié)構(gòu)適用性不好的缺點，該結(jié)構(gòu)形式受到了業(yè)主和用戶的歡迎。但必須明確的是，由于異型柱的斷面很小，梁柱節(jié)點核心區(qū)鋼筋密集，施工振搗困難，該結(jié)構(gòu)形式的力學(xué)性能和抗震性能被削弱，須仔細(xì)計算核心區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)。這種結(jié)構(gòu)形式是我國獨創(chuàng)的，主要是為了降低造價。

結(jié)論，在高層住宅中結(jié)合業(yè)主的意見、當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度，工程造價、建筑使用功能、當(dāng)?shù)貙彶闄C構(gòu)的認(rèn)識等諸因素來決定的。應(yīng)該說，剪力墻結(jié)構(gòu)由于其良好的性價比受到設(shè)計人員的青睞。

四、剪力墻的平面布置

（1）平面布置應(yīng)盡可能的分散、對稱、雙向。要盡可能的布置在建筑物的外圍尤其是角部，以便減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，墻體盡量采用T型、L型、十字型，盡量避免一字型墻體。

（2）建筑物的四角是保證結(jié)構(gòu)整體性的重要部位，在地震作用下，建筑物發(fā)生平動、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，位于建筑自交的結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力較為復(fù)雜，其安全性又直接影響建筑物角部甚至整體建筑的抗倒塌能力。

（3）剪力墻的門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁。一、二、三級抗震等級剪力墻底部加強部位不宜采用上下洞口不對齊的錯洞墻，一、二、三級抗震等級剪力墻所有部位均不宜采用疊合錯洞墻。當(dāng)采用錯洞墻和疊合錯洞墻時，應(yīng)按有限元方法計算，并在洞口周邊采取加強措施，或?qū)B合洞口轉(zhuǎn)化為規(guī)則洞口。

（4）避免采用較多的短肢剪力墻，當(dāng)結(jié)構(gòu)中有少量短肢剪力墻時，應(yīng)按照相應(yīng)規(guī)范對其做加強措施。

五、墻肢長度和厚度的選取

1、墻肢的長度

剪力墻墻肢長度一般不宜大于8m。結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有延性，細(xì)高的剪力墻（高寬比大于2）容易設(shè)計中彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。當(dāng)墻的長度很長時，為了滿足每隔墻段高寬比大于2的要求，可通過開設(shè)洞口將長墻分成長度較小、較均勻的聯(lián)肢墻，洞口連梁宜采用約束彎矩較小的弱連梁（其跨高比宜大于6），使其可近似認(rèn)為分成了獨立墻段。

六、剪力墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施以及施工圖應(yīng)注意的一些問題

1、類似“細(xì)腰”型平面的“腰”的寬度應(yīng)滿足國家規(guī)范和地方性建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在高層住宅中一般為兩個電梯，則兩個電梯洞口間的板的位置，需要采取措施加強其連接作用。常用的措施是，加強薄弱區(qū)或“腰”區(qū)的板厚（厚度可取120mm），并雙層雙向配筋的方式與于加強。

2、《高規(guī)》2010版7.2.27中提到的梁端鋼筋滿足錨固長度的問題，當(dāng)設(shè)置梁頭在建筑功能上使用不便時，且計算數(shù)據(jù)不是很大時，梁端可采用細(xì)鋼筋（如直徑14mm）來滿足錨固長度，畫梁圖時應(yīng)該注意。

3、在剪力墻施工圖中可采用墻身水平鋼筋替代邊緣構(gòu)件鋼筋的畫法，對于約束邊緣構(gòu)件可以參見標(biāo)準(zhǔn)圖集11G101-1，構(gòu)造邊緣構(gòu)件可以參見下圖的做法。此做法在滿足相關(guān)規(guī)范的情況下，可以一定程度的降低含鋼量，即經(jīng)濟(jì)又合理。