小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邢濤建

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與人們住宅需求的日益增加，小高層住宅的規(guī)模與數(shù)量也不斷增長(zhǎng)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是小高層住宅的主體結(jié)構(gòu)，對(duì)于小高層住宅的整體質(zhì)量有著重要的影響。本文就小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本形式以及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行分析，提出鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，以促進(jìn)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在小高層住宅中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小高層住宅；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；方法

隨著小高層建筑的快速發(fā)展，其應(yīng)用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系也不斷豐富，相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路等也不斷革新，越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)形式運(yùn)用在實(shí)際建設(shè)中。通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和優(yōu)化措施進(jìn)行分析，有利于提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，促進(jìn)其在小高層住宅建設(shè)中的使用，為工程的整體質(zhì)量提供保障。

一、小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本形式

（一）大開間剪力墻結(jié)構(gòu)

大開間剪力墻結(jié)構(gòu)是隨著人們對(duì)小高層住宅建筑功能需求的增加而出現(xiàn)的。由于原有的小開間剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)使得住宅的功能上受到較多的局限，且較多的墻體設(shè)計(jì)，使其強(qiáng)度不能得到充分發(fā)揮，還會(huì)造成較大的自重以及地震力，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生活需求。大開間剪力墻結(jié)構(gòu)通常的承重墻開間距離在4.5m—4.7m，進(jìn)深在5m—11m之間，且在住宅室內(nèi)不建立承重的墻體，使得用戶可以根據(jù)需要靈活分割室內(nèi)空間，更符合人們的需求[1]。

（二）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

墻肢界面高度與厚度比例在5-8之間的剪力墻稱之為短肢剪力墻，其具有結(jié)構(gòu)合理、靈活性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高以及節(jié)能性好等特點(diǎn)，在小高層住宅中應(yīng)用的也比較廣泛。

（三）框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是小高層住宅鋼筋混凝土的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在抗震性、靈活性以及經(jīng)濟(jì)性上，但其缺點(diǎn)也同樣明顯，主要是在住宅空間結(jié)構(gòu)的布局和美觀上受到影響[2]。

（四）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)（如右圖）是在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中根據(jù)需要設(shè)立一些剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，這種形式在結(jié)構(gòu)布局、適用性以及靈活性等方面具備相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，且兼具了框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)的變形性能，具備 良好的抗側(cè)力，也是當(dāng)前小高層住宅常用的一種結(jié)構(gòu)形式。

二、小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）水平荷載性能設(shè)計(jì)

不同于低層住宅只注重豎向荷載的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，在小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了要考慮小高層住宅自身重力的豎向荷載之外，更加需要重視其水平方向的荷載。當(dāng)小高層住宅達(dá)到一定高度時(shí)，其豎向荷載基本是是固定值，而作為建筑的抗震能力和抗風(fēng)能力的水平荷載設(shè)計(jì)，由于受到不同地區(qū)的氣候環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境的差異的影響，其數(shù)值會(huì)產(chǎn)生較大的變化[3]。

（二）軸向變形設(shè)計(jì)

在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)高度超過(guò)一定能夠范圍時(shí)，框架中柱比框架邊柱會(huì)受到更大程度的軸壓應(yīng)力，造成中柱的軸向壓縮變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)邊柱，當(dāng)中柱與邊柱軸向壓縮變形差距超過(guò)某個(gè)特定值時(shí)，會(huì)降低連續(xù)梁主支座支座的負(fù)彎矩值，加大跨中正彎矩和端支座的負(fù)彎矩，引起框架主體結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重變形，對(duì)其整體受力能力造成嚴(yán)重影響。因此，在小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分注意到這一點(diǎn)。

（三）結(jié)構(gòu)側(cè)移設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)側(cè)移是由于小高層住宅的水平荷載而引起的。隨著小高層住宅高度的增加，其水平荷載值會(huì)越來(lái)越大，引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的側(cè)向移動(dòng)變形。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)的側(cè)移過(guò)大時(shí)，不僅會(huì)造成住宅的隔離墻、圍護(hù)墻自身及其上的裝飾材料產(chǎn)生裂縫或損壞，還會(huì)使主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸾ㄖ锏顾?。所以，在小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要加強(qiáng)對(duì)抗側(cè)移能力的重視，保證主體結(jié)構(gòu)在水平荷載影響下產(chǎn)生的側(cè)移保持在合理范圍之內(nèi)[4]。

（四）結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)

相比于低層住宅，小高層住宅的抗震能力更差，更容易受到地震作用的影響，進(jìn)而產(chǎn)生更大程度的變形。所以，在小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要采取合理的設(shè)計(jì)方式來(lái)提高結(jié)構(gòu)的延性，從而保證結(jié)構(gòu)在塑性之后具有足夠的變形能力，提高小高層住宅的抗震能力，避免出現(xiàn)倒塌。

三、小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

（一）比較設(shè)計(jì)法

當(dāng)前小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于沒有成熟的分析軟件，只能根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、工程數(shù)據(jù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，致使設(shè)計(jì)的方案不一定是最優(yōu)方案。針對(duì)此問題，可以通過(guò)比較設(shè)計(jì)的方法來(lái)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。比較設(shè)計(jì)的方法是通過(guò)在使用小高層住宅結(jié)構(gòu)分析軟件時(shí)，利用人工輸入的方式將不同的結(jié)構(gòu)選型與布置輸入到軟件中，將得出的方案進(jìn)行相互比較，選擇其中結(jié)構(gòu)性能與布局最為合理的方案，進(jìn)而達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化[5]。

在比較設(shè)計(jì)方法中，雖然需要的人工成本、時(shí)間成本以及技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)較高，但依然是當(dāng)下最合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，是一種對(duì)小高層住宅建設(shè)整體進(jìn)行考慮的一種方法。

（二）性能分析法

性能分析法也是小高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)中常用的方法，此方法主要側(cè)重于小高層住宅的安全性方面，在實(shí)際使用中，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)選擇。

首先，在抗震性能上，由于小高層住宅對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性的要求比較高，所以通過(guò)分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的會(huì)造成的側(cè)向移動(dòng)，來(lái)對(duì)其抗震性能進(jìn)行比較，可以選擇出合理的結(jié)構(gòu)方案；抗震性能主要是通過(guò)結(jié)構(gòu)的剛度來(lái)體現(xiàn)的，在以5%的偶然偏心和雙向地震力作用的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，可以得出不同結(jié)構(gòu)體系的側(cè)移大小，結(jié)果表明，剪力墻和框剪結(jié)構(gòu)剛度能夠滿足抗震性能的需求，且剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)于框剪結(jié)構(gòu)。

其次，就是用性能方面分析，剪力墻結(jié)構(gòu)存在著過(guò)多墻體造成的自重較大問題，致使其自身的地震作用較高，且原材料成本也會(huì)較高，對(duì)建筑的使用靈活會(huì)造成一定限制；而框架—剪力墻結(jié)構(gòu)則可以發(fā)揮剪力墻、框架結(jié)構(gòu)的變形性能，來(lái)提高其抗側(cè)能力，且其結(jié)構(gòu)比較合理，在住宅空間使用上更加靈活；但總體而言，純框架結(jié)構(gòu)或純剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)水平荷載的能力較強(qiáng)[6]。

結(jié)語(yǔ)：

隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，對(duì)于小高層建筑的安全性與靈活性提出了更高的要求。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為小高層住宅建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計(jì)中除了遵循安全性原則，還需要考慮整體的性能與經(jīng)濟(jì)效益，比較選擇最合適的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小高層住宅建筑的安全適用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張桂霞.關(guān)于小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，10：172-172.

[2] 程亮亮.對(duì)小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].建材與裝飾，2013，16：18-19.

[3] 黃勇.淺談小高層住宅鋼筋混凝土（框架）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略[J].科技資訊，2008，34：76-76.

[4] 馬英.小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，5：188.

[5] 范娟娟，郭竟.淺談小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略[J].黑龍江科技信息，2014，17：171-171.

[6] 陽(yáng)文輝，袁林新.小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟(jì)性能研究[J].山西建筑，2009，7：92-93.