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【摘要】小高层住宅建筑的结构选型对于建筑的抗震性、使用功能、美观性以及经济性等有着重要的影响，根据不同的建筑类型和功能要求，选择合适的建筑结构选型有重要的意义。本文阐明了小高层住宅建筑的概念，介绍了小高层住宅建筑结构的类型以及利弊。
【关键词】小高层建筑 结构设计 选型
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
前言
对于同一座建筑，可以有许多不同的结构布置方案；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下，也存在着不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值并不是惟一的；建筑物细部的处理不尽相同等，这些问题都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计一般规律的指导下，根据工程实践经验进行。
一、小高层住宅建筑的概念
一般而言，小高层住宅主要指7 层至12层高的集合住宅。从高度上说具有多层住宅的氛围，但又是较低的高层住宅，故称为小高层。小高层较之多层住宅有它自己的特点：建筑容积率高于多层住宅，节约土地，投资成本较多层住宅有所降低；小高层住宅的结构大多采用钢筋混凝土结构，从建筑的平面布置来看，则大多采用板式结构，在户型设计方面有较大灵活性；小高层住宅由于配备了电梯，增加了居住的舒适感。对小高层建筑结构设计的重点进行论述。
二、小高层住宅建筑结构选型
1、框架结构
框架结构一般适用于多层结构和小高层结构,适用高度范围在60．0m以下(6度设防)。框架结构具有布置灵活、可以有较大的室内空间等特点。填充墙采用轻质隔墙可以减轻结构自重,但是框架柱内凸会影响户型的实际使用面积,并影响家具的布置,有时由于住宅中房间分隔的不规则性又造成柱网的难以布置。《高规》在第4．8．2条中规定,对高度大于30．0m的框架结构建筑,在抗震为6度设防的地区,抗震等级为三级,sATwE程序计算结果为:在水平荷载(风荷载及地震荷载)作用下,水平位移与层间位移比为最大(1／ 1200);由于框架柱作为唯一的抗水平力构件,轴压比限值为0．90,故框架柱截面尺寸较大。并且由于建筑的造形或使用的要求,会形成框架的一端位于柱上、另一端位于梁上的现象,或几根框架柱不在同一条轴线上,形成单跨框架现象,从而成为抗震的薄弱环节。在需要考虑到抗震设防要求的结构设计中,由于框架梁柱截面比较小,刚度比较低,抗震性能又差,如果采用砌体填充墙,在地震中会损坏严重并且修复费用高,所以对高层结构不宜采用。
2、普通剪力墙结构
普通剪力墙结构一般用于高层住宅的结构设计,尤其是在30层左右的高层结构中广泛应用。这种结构形式的特点是根据建筑平面布局来设置钢筋砼墙,使用剪力墙以解决建筑平面的使用问题。它的优点是整体刚度大,抗震性能好,水平位移小,居住舒适。剪力墙布置必须均匀合理,使整个建筑物的质心和刚心趋于重合,否则对结构受力及抗震均不利。若刚度太大,周期太短,导致地震效应增大,造成不必要的材料浪费;但如果刚度太小,结构变形太大,则会影响建筑物的使用。对于小高层住宅来说,剪力墙是面广量大的,因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。
3、框架- 剪力墙结构
框架- 剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的框架柱，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙，有相当大的刚度。在小高层建筑中，采用框架- 剪力墙体系，既可以使建筑平面布置比较灵活，又能满足结构在强度上和抗侧移刚度方面的要求。一般情况下, 小高层民用建筑的主要结构形式为框架结构。但是在抗震设防地区,如果仍然采用框架结构,将导致柱截面过大,影响建筑的使用功能或外观效果, 并且使建筑结构不够经济。如果采用框架- 剪力墙结构,可以减小柱截面,满足建筑的要求,有效减少结构侧移,从而降低结构造价框架- 剪力墙体系在小高层建筑中以广泛应用。
4、短肢剪力墙结构设计
建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷截，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相對减少，使连梁受剪破坏的可能性增加，因此设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如：短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度，加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比不超过0.6，以提高墙肢的承载力和延性. 高层结构中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；短肢剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求.
5、结构的刚度和抗震能力
（１）水平地震的作用是双向的，结构布置应使结构能够抵抗任意方向的地震作用。一般情况下，应使结构沿平面两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。（２）结构刚度的选择既要减少地震作用的效应，也要注意控制结构变形的增大。（３）建筑结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量，因而在概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。（４）结构的整体性。在建筑结构中，楼盖对结构的整体性起着十分重要的作用。楼盖相当于水平隔板，它不仅可以将惯性力聚集并传递给各个竖向抗侧力子结构，而且还可以使这些子结构能够共同承受地震的作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀、布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构需依靠楼盖来使抗侧力的子结构共同工作。（５）结构抗震概念设计的优化准则，即“四强四弱”及其保证措施。“强节弱杆”是防止节点的破坏先于构件“；强柱弱梁”是防止柱高发生楼层倾移、破坏现象，要求柱的抗震能力高于梁的抗震能力；“强剪弱弯”是防止构件剪力的破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；对于杆件截面而言，“强压弱位”是为避免杆件在弯曲时发生受压混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋的承载力低于受压区混凝土受压的承载力。其保证措施主要有两个方面：一是调整或限制构件的荷载效应；二是强制规定必要的构造措施。
总之，以上所述的各种结构形式类型均有其优缺点,在进行小高层设计时如何把握好各种形式应用的合理性及经济性至关重要。设计人员应该在满足国家强制性条文和规范的要求下,依据建筑物所在地区的地质条件,合理把握关键部位及次要构件,来选择合适的结构类型。什么地方应加强,什么地方可以放松,使整个建筑物既能满足建筑功能使用的合理性,又能保证安全、降低造价,这是我们在今后的在结构设计中要不断提高及改进的问题。
【参考文献】
[1] 李丹,王红伟.建筑施工图设计研究[J]. 科技资讯. 2011(10)
[2] 周晓莉.小高层建筑结构设计型式的探讨[J]. 今日科苑. 2009(12)
[3] 卢志贤.试论小高层住宅建筑的结构设计[J]. 黑龙江科技信息. 2009(31)
[4] 王艳辉.浅谈房屋建筑结构设计中常见问题分析[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2010(02)
【关键词】小高层建筑 结构设计 选型
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
前言
对于同一座建筑，可以有许多不同的结构布置方案；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下，也存在着不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值并不是惟一的；建筑物细部的处理不尽相同等，这些问题都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计一般规律的指导下，根据工程实践经验进行。
一、小高层住宅建筑的概念
一般而言，小高层住宅主要指7 层至12层高的集合住宅。从高度上说具有多层住宅的氛围，但又是较低的高层住宅，故称为小高层。小高层较之多层住宅有它自己的特点：建筑容积率高于多层住宅，节约土地，投资成本较多层住宅有所降低；小高层住宅的结构大多采用钢筋混凝土结构，从建筑的平面布置来看，则大多采用板式结构，在户型设计方面有较大灵活性；小高层住宅由于配备了电梯，增加了居住的舒适感。对小高层建筑结构设计的重点进行论述。
二、小高层住宅建筑结构选型
1、框架结构
框架结构一般适用于多层结构和小高层结构,适用高度范围在60．0m以下(6度设防)。框架结构具有布置灵活、可以有较大的室内空间等特点。填充墙采用轻质隔墙可以减轻结构自重,但是框架柱内凸会影响户型的实际使用面积,并影响家具的布置,有时由于住宅中房间分隔的不规则性又造成柱网的难以布置。《高规》在第4．8．2条中规定,对高度大于30．0m的框架结构建筑,在抗震为6度设防的地区,抗震等级为三级,sATwE程序计算结果为:在水平荷载(风荷载及地震荷载)作用下,水平位移与层间位移比为最大(1／ 1200);由于框架柱作为唯一的抗水平力构件,轴压比限值为0．90,故框架柱截面尺寸较大。并且由于建筑的造形或使用的要求,会形成框架的一端位于柱上、另一端位于梁上的现象,或几根框架柱不在同一条轴线上,形成单跨框架现象,从而成为抗震的薄弱环节。在需要考虑到抗震设防要求的结构设计中,由于框架梁柱截面比较小,刚度比较低,抗震性能又差,如果采用砌体填充墙,在地震中会损坏严重并且修复费用高,所以对高层结构不宜采用。
2、普通剪力墙结构
普通剪力墙结构一般用于高层住宅的结构设计,尤其是在30层左右的高层结构中广泛应用。这种结构形式的特点是根据建筑平面布局来设置钢筋砼墙,使用剪力墙以解决建筑平面的使用问题。它的优点是整体刚度大,抗震性能好,水平位移小,居住舒适。剪力墙布置必须均匀合理,使整个建筑物的质心和刚心趋于重合,否则对结构受力及抗震均不利。若刚度太大,周期太短,导致地震效应增大,造成不必要的材料浪费;但如果刚度太小,结构变形太大,则会影响建筑物的使用。对于小高层住宅来说,剪力墙是面广量大的,因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。
3、框架- 剪力墙结构
框架- 剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的框架柱，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同样又有足够的剪力墙，有相当大的刚度。在小高层建筑中，采用框架- 剪力墙体系，既可以使建筑平面布置比较灵活，又能满足结构在强度上和抗侧移刚度方面的要求。一般情况下, 小高层民用建筑的主要结构形式为框架结构。但是在抗震设防地区,如果仍然采用框架结构,将导致柱截面过大,影响建筑的使用功能或外观效果, 并且使建筑结构不够经济。如果采用框架- 剪力墙结构,可以减小柱截面,满足建筑的要求,有效减少结构侧移,从而降低结构造价框架- 剪力墙体系在小高层建筑中以广泛应用。
4、短肢剪力墙结构设计
建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷截，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相對减少，使连梁受剪破坏的可能性增加，因此设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如：短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度，加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比不超过0.6，以提高墙肢的承载力和延性. 高层结构中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；短肢剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求.
5、结构的刚度和抗震能力
（１）水平地震的作用是双向的，结构布置应使结构能够抵抗任意方向的地震作用。一般情况下，应使结构沿平面两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。（２）结构刚度的选择既要减少地震作用的效应，也要注意控制结构变形的增大。（３）建筑结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量，因而在概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。（４）结构的整体性。在建筑结构中，楼盖对结构的整体性起着十分重要的作用。楼盖相当于水平隔板，它不仅可以将惯性力聚集并传递给各个竖向抗侧力子结构，而且还可以使这些子结构能够共同承受地震的作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀、布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构需依靠楼盖来使抗侧力的子结构共同工作。（５）结构抗震概念设计的优化准则，即“四强四弱”及其保证措施。“强节弱杆”是防止节点的破坏先于构件“；强柱弱梁”是防止柱高发生楼层倾移、破坏现象，要求柱的抗震能力高于梁的抗震能力；“强剪弱弯”是防止构件剪力的破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；对于杆件截面而言，“强压弱位”是为避免杆件在弯曲时发生受压混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋的承载力低于受压区混凝土受压的承载力。其保证措施主要有两个方面：一是调整或限制构件的荷载效应；二是强制规定必要的构造措施。
总之，以上所述的各种结构形式类型均有其优缺点,在进行小高层设计时如何把握好各种形式应用的合理性及经济性至关重要。设计人员应该在满足国家强制性条文和规范的要求下,依据建筑物所在地区的地质条件,合理把握关键部位及次要构件,来选择合适的结构类型。什么地方应加强,什么地方可以放松,使整个建筑物既能满足建筑功能使用的合理性,又能保证安全、降低造价,这是我们在今后的在结构设计中要不断提高及改进的问题。
【参考文献】
[1] 李丹,王红伟.建筑施工图设计研究[J]. 科技资讯. 2011(10)
[2] 周晓莉.小高层建筑结构设计型式的探讨[J]. 今日科苑. 2009(12)
[3] 卢志贤.试论小高层住宅建筑的结构设计[J]. 黑龙江科技信息. 2009(31)
[4] 王艳辉.浅谈房屋建筑结构设计中常见问题分析[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2010(02)