小高層住宅的結(jié)構(gòu)選型的探討

1、小高層住宅的結(jié)構(gòu)選型的探討    一、工程概況 長(zhǎng)春某住宅小區(qū)，總建筑面積120000左右，由15棟小高層組成。主體結(jié)構(gòu)為地上十二層，無(wú)地下室，層高3.00m，為普通住宅，單棟建筑面積8000左右。開(kāi)發(fā)商為了盡可能的增加性?xún)r(jià)比，要求設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化，并要求在滿(mǎn)足安全和適用的前提下，主體結(jié)構(gòu)用鋼量控制在50kg/以?xún)?nèi)。為了滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)商的要求，設(shè)計(jì)作了以下三個(gè)方案的比較，并從中優(yōu)選出最優(yōu)方案。 二、方案一：采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 本方案的特點(diǎn)是依據(jù)建筑平面布局設(shè)置框架柱和剪力墻，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)同時(shí)兼有框架、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，在辦公類(lèi)高層建筑中應(yīng)用相當(dāng)普遍

2、。經(jīng)初步計(jì)算，按此方案設(shè)計(jì)，主體結(jié)構(gòu)用鋼量為47kg/左右。但此方案缺點(diǎn)是住宅室內(nèi)露柱露梁，浪費(fèi)室內(nèi)空間，銷(xiāo)售價(jià)格比剪力墻結(jié)構(gòu)的要低，影響后期銷(xiāo)售。 三、方案二：采用普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu) 本方案的特點(diǎn)是依據(jù)建筑平面布局設(shè)置鋼筋混凝土抗震墻，對(duì)較長(zhǎng)的墻開(kāi)結(jié)構(gòu)洞將其分為聯(lián)肢墻，使各墻段的剛度均勻，由于抗震墻較多，可以構(gòu)成整體抗側(cè)力很強(qiáng)的體系，對(duì)較高建筑抗震特別有利。但若房屋高度不大，反而會(huì)造成因剛度過(guò)大而招致較大的地震作用，而且造價(jià)也會(huì)增大。而且，經(jīng)初步計(jì)算，按此方案設(shè)計(jì)，主體結(jié)構(gòu)用鋼量為60kg/左右，并非是理想的方案。 四、方案三：短肢剪力墻結(jié)構(gòu) 近年來(lái)，隨著人們對(duì)住宅，特別是小高層及

3、多層住宅平面布局與空間的要求越來(lái)越高，原來(lái)普通框架結(jié)構(gòu)的露柱露梁、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿(mǎn)足人們對(duì)住宅空間的要求。于是經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，以剪力墻為基礎(chǔ)，并吸取框架的優(yōu)點(diǎn)，逐步發(fā)展而形成一種能較好適應(yīng)小高層住宅建筑的結(jié)構(gòu)體系，即所謂“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)體系?！岸讨奔袅θ詫儆诩袅Y(jié)構(gòu)體系，只不過(guò)是采用較短的剪力墻肢（短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為58的剪力墻），而且通常采用T形、L形、形、+形等。當(dāng)這些墻肢截面高度與墻厚之比小于等于3時(shí)，它已接近于柱的形式，但并非是方柱，因此稱(chēng)之為“異形柱”。故從廣義角度講，宜將這種結(jié)構(gòu)體系稱(chēng)之為“短肢剪力墻筒體和一般剪力墻

4、結(jié)構(gòu)體系”。另外所謂“筒體”就是以樓電梯間所組成的鋼筋混凝土核心筒；所謂“一般剪力墻”就是指墻肢截面高度與墻厚之比大于8的剪力墻。本方案的特點(diǎn)：結(jié)合建筑平面、利用間隔墻位置來(lái)布置豎向構(gòu)件，剪力墻的數(shù)量可多可少，剪力墻肢可長(zhǎng)可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過(guò)不同尺寸和布置以調(diào)整剛度和剛度中心的位置；由于減少了剪力墻數(shù)量，而代之以輕質(zhì)填充墻，不僅房屋總重量可以減輕，同時(shí)也可適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使地震作用減小，這不僅對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有利，而且對(duì)結(jié)構(gòu)抗震較為有利，同時(shí)也可降低工程造價(jià)，還可加快施工進(jìn)度。這種結(jié)構(gòu)體系通常視建筑平面及抗側(cè)力的需要，將中心豎向交通區(qū)處理成為筒體，以承受主要水平力。經(jīng)初步計(jì)算，按

5、此方案設(shè)計(jì)，主體結(jié)構(gòu)用鋼量為48kg/左右。 從以上三種方案的分析比較可以看出，無(wú)論是建筑合理還是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，第三方案均優(yōu)于前兩方案，更為經(jīng)濟(jì)合理，故本工程最終采用了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。 五、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題 由于短肢剪力墻在地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，為安全起見(jiàn)，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）對(duì)這種結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的最大適用高度、使用范圍、抗震等級(jí)、筒體和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(jì)值、縱向鋼筋配筋率等均作了相應(yīng)更為嚴(yán)格的規(guī)定。此外，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)要選擇適合的計(jì)算軟件，合理地選擇計(jì)算分析方法，確定計(jì)算模型和相關(guān)參數(shù)，并加強(qiáng)對(duì)計(jì)算結(jié)果

6、合理性判斷，特別要加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)，對(duì)一些不利部位加強(qiáng)構(gòu)造措施。在符合規(guī)范要求的情況下，經(jīng)過(guò)合理的計(jì)算和設(shè)計(jì)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)就能夠達(dá)到良好的效果。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的主要問(wèn)題如下：高層點(diǎn)（板）式住宅采用短肢抗震墻結(jié)構(gòu)體系，只要抗側(cè)力構(gòu)件布局合理仍然是比較理想的一種結(jié)構(gòu)體系，但在地震區(qū)，高層建筑中，剪力墻不宜過(guò)少，墻肢不宜過(guò)短，因此不應(yīng)設(shè)計(jì)僅有短肢剪力墻的高層建筑，要求設(shè)置剪力墻筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體和一般剪力墻共同抵抗水平力的結(jié)構(gòu)。 短肢墻的布置應(yīng)合理、對(duì)稱(chēng)、均勻，力求質(zhì)量中心與剛度中心重合。 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，

7、會(huì)加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開(kāi)裂，因此應(yīng)加墻其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比、增加縱筋和箍筋的配筋率。 主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（筒體或長(zhǎng)墻）一般利用樓、電梯間，但要注意剛度的均衡性，不要集中在一處布置，使建筑產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時(shí)筒體要有足夠的剛度，其平面尺寸不宜過(guò)小，要使筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%，形成多道抗震防線(xiàn)。為了確保水平力可靠傳遞，核心區(qū)樓板適當(dāng)加厚，與核心筒相連的連梁按強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)，短肢墻之間的梁凈跨不宜過(guò)小（一般取46M），使其具有一定的耗能作用。 短肢墻受力以承擔(dān)豎向荷載為主，承擔(dān)水平荷載為輔，其截面尺寸要適當(dāng)，墻肢截面高度

8、與厚度之比宜在58左右為好，且墻厚不應(yīng)小于200MM，當(dāng)墻肢截面高度與厚度比小于等于3時(shí)，應(yīng)按柱的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。短肢墻在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設(shè)計(jì)值的軸壓比，抗震等級(jí)為一、二、三時(shí)分別不宜大于0.5、0.6、0.7，對(duì)于無(wú)翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，因其延性更為不利，因此軸壓比限值要相應(yīng)降低0.1。短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比一般剪力墻的抗震等級(jí)提高一級(jí)采用，主要目的是從構(gòu)造上改善短肢剪力墻的延性。 短肢剪力墻筒體和一般剪力墻結(jié)構(gòu)體系，電算分析力學(xué)模型建議采用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE，按短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系考慮。短肢墻之間的梁應(yīng)根據(jù)跨高比的不同分別按連梁、框架梁計(jì)算內(nèi)力和配筋（即一般情況下當(dāng)短剪力墻洞口形成的跨高比小于5的連梁，應(yīng)按連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)跨高比不小于5時(shí)，宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)）。短肢墻仍屬于剪力墻的范疇，配筋可采用一般剪力墻的計(jì)算方法，但是對(duì)于長(zhǎng)寬比小于3的短肢墻則必須按柱的方法進(jìn)行設(shè)