探究小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 探究小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　摘要:本文論述了小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)特別重視規(guī)程中的有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各條規(guī)定，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選型,運(yùn)用計(jì)算手段對結(jié)構(gòu)做出合理評價(jià),合理調(diào)整，并以所做的工程為例對基礎(chǔ)選型及豎向構(gòu)件等設(shè)計(jì)做出簡要介紹。

　　關(guān)鍵詞:小高層；住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)

　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)過程中使結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)合理已成當(dāng)務(wù)之急。由于目前設(shè)計(jì)周期短任務(wù)重,大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅是根據(jù)已確定好的平面和豎向布置,先假定好構(gòu)件尺寸,通過電算來調(diào)整結(jié)構(gòu)的周期,位移,剛度比,穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)參數(shù)及梁柱配筋等,至于整個(gè)方案是否完善,構(gòu)件尺寸是否假定太大,則不做仔細(xì)研究研究，很多時(shí)侯都會產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，另外,住宅布置有時(shí)建筑考慮立面和內(nèi)部空間,使結(jié)構(gòu)布置產(chǎn)生許多不合理之處。例如:轉(zhuǎn)角窗的布置,使框架角部不能布柱,大大削弱了結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)等,這些形式對結(jié)構(gòu)受力及抗震均不利，因此我們設(shè)計(jì)時(shí)必須強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì),在平面布置和構(gòu)造設(shè)計(jì)上使結(jié)構(gòu)更趨合理。

　　1．小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體指標(biāo)控制

　　計(jì)算判斷結(jié)構(gòu)抗震是否可行的主要依據(jù)是在風(fēng)荷載和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，結(jié)構(gòu)的振型曲線，自振周期以及風(fēng)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�？傮w指標(biāo)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(dǎo)致地震效應(yīng)增大，造成不必要的材料浪費(fèi)；但剛度太小，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)布置扭轉(zhuǎn)的控制：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)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(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。當(dāng)然建議對于頂層構(gòu)件可不考慮在內(nèi)，否則很難滿足上述指標(biāo)。另外地震效應(yīng)是與建筑物質(zhì)量成正比,減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效措施.高層建筑中質(zhì)量大了,不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大,還由于地震作用傾覆力矩大,對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力,P-△效應(yīng)造成附加彎矩更大.因此,在小高層建筑房屋中,結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜采用高強(qiáng)度材料,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和圍護(hù)墻體應(yīng)有用輕質(zhì)材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構(gòu)件的內(nèi)力，使構(gòu)件截面變小，又可減小結(jié)構(gòu)剛度與地震效應(yīng)，不但能節(jié)省材料，降低造價(jià)，還能增加使用空間。

　　對于小高層住宅結(jié)構(gòu)而言，在結(jié)構(gòu)選型上應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

　　1.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

　　《抗規(guī)》、《高規(guī)》在這方面要求了相當(dāng)多的限制條件，例如:平面規(guī)則性信息、豎向抗側(cè)力、剛度變化宜均勻等，而且，《抗規(guī)》采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題對整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很重要的。

　　1.2上部結(jié)構(gòu)嵌固端的設(shè)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(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，我們在嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、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(rèn)真考慮，不得忽視。

　　1.3短肢剪力墻的設(shè)計(jì)

　　由于目前的住宅內(nèi)部空間以及美觀的要求，以及建筑造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理的要求，從而對結(jié)構(gòu)體系的要求也隨之提高，剪力墻結(jié)構(gòu)(含部分短肢剪力墻)就是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)(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(jì)合理。

　　2．小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師極其重視和非常關(guān)鍵的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)也是影響整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素之一。研究地基基礎(chǔ)對建筑抗震能力的影響，作出恰當(dāng)?shù)倪x擇，已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部分，基礎(chǔ)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(gè)堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)，再好的上部結(jié)構(gòu)也不可能正常發(fā)揮其作用，甚至可能導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞與傾斜。基礎(chǔ)類型的選擇往往比上部結(jié)構(gòu)選型更困難。影響因素更多，因此也更要謹(jǐn)慎。高層建筑的基礎(chǔ)類型，應(yīng)根據(jù)地基的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)類型，荷載特點(diǎn)，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(shè)置地下室。如何對基礎(chǔ)進(jìn)行合理選型，將對整個(gè)地下室設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對于筏板厚度的取值，則應(yīng)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(shè)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(shè)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(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。如何對樁進(jìn)行合理選型，將對整個(gè)地下室設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。筆者認(rèn)為基礎(chǔ)選型要做具體的方案分析比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)形式。

　　3．小高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剪力墻設(shè)計(jì)

　　3.1剪力墻的布置：剪力墻布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且X，Y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長墻（h/w>）8；應(yīng)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(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱,當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時(shí)，應(yīng)計(jì)算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件兩個(gè)方向均應(yīng)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(jī)械而不合理，因此建議布置長墻時(shí)高厚比能大于9。

　　3.2剪力墻的配筋及構(gòu)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(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)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(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。建議加強(qiáng)區(qū)Φ10@200，非加強(qiáng)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(dāng)別論。因?yàn)榈叵虏糠謮�體配筋大多由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡化計(jì)算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計(jì)算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定：迎水面保護(hù)層應(yīng)大于50mm，且在保護(hù)層內(nèi)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。在這種情況下，很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行外墻裂縫驗(yàn)算時(shí)有效截面高度仍按保護(hù)層50mm計(jì)算，認(rèn)為是不妥當(dāng)?shù)摹．?dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計(jì)算保護(hù)層厚度至少可按30mm來取值，這對節(jié)省墻體配筋效果相當(dāng)明顯。

　　3.3剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件。一、二級抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;其余剪力墻應(yīng)按《高規(guī)》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。筆者結(jié)合本工程就構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋作一點(diǎn)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(qiáng)區(qū)0.7%，一般部位0.5%。對于短肢剪力墻，應(yīng)按《高規(guī)》第7.1.2條控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；對于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)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(biāo)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(shí)連梁高度則太高，這樣高跨比也太大，并且與計(jì)算模型不符，相應(yīng)配筋亦較大，不太合理。筆者建議，連梁高度計(jì)算與設(shè)計(jì)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(zhì)材料砌筑。對于窗臺有飄窗時(shí)，可再增加一根梁，兩根梁之間用陶粒砌塊填充。連梁配筋應(yīng)對稱配置，腰筋同墻體水平鋼筋。

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

　　總之，小高層設(shè)計(jì)時(shí)，做好概念設(shè)計(jì)，根據(jù)房屋的建造地點(diǎn)，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(jié)構(gòu)體系。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中精打細(xì)算，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范構(gòu)造要求對于整個(gè)建筑物，保證安全，降低造價(jià)影響巨大，這也是我們在今后設(shè)計(jì)中不斷提高及改進(jìn)的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]胡傳珂.淺談結(jié)構(gòu)選型在建筑設(shè)計(jì)中的作用[J].林業(yè)科技情報(bào),1996,(01)

　　[2]陶忠,張耀春,韓林海,王光遠(yuǎn).關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)的初步探討[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2000,(01)

　　[3]高景平.小高層住宅之我見[J].中國勘察設(shè)計(jì),2004,(08)

　　[4]胡松.小高層住宅的優(yōu)越性分析[J].當(dāng)代建設(shè),2001,(04)

　　[5]彭新宣,吳朝林.完善基礎(chǔ)設(shè)計(jì)管理的幾點(diǎn)建議[J].建筑設(shè)計(jì)管理,2001,(04)

　　[6]李建,成笑路,李偉.淺談小高層住宅的建筑特點(diǎn)[J].中州煤炭,2001,(06)