摘要：本文通過對小高層住宅樓的結(jié)構(gòu)類型、抗震能力以及經(jīng)濟適用性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土剪力墻已經(jīng)成為小高層設(shè)計的主要應(yīng)用類型。小高層住宅樓的結(jié)構(gòu)優(yōu)化不僅僅局限在對結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)化，而且涵蓋了建筑方案、建筑空間以及建筑性價比等其他方面。
關(guān)鍵詞：小高層住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
隨著城市化進(jìn)程的加快，人們對于住宅樓的需求也越來越多。廣闊的市場前景促進(jìn)了建筑行業(yè)的興起與發(fā)展，建筑的安全性、經(jīng)濟性也越來越受到人們的關(guān)注。小高層住宅樓的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化不僅能夠提升建筑本身的抗震能力，而且建筑本身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化能為企業(yè)減少不小的成本支出。
小高層住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計選型
小高層住宅采用的結(jié)構(gòu)模型主要有框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)。但是隨著人們對住宅的空間要求越來越高，原有的框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足人們對于空間分隔的要求了，因此，新型的結(jié)構(gòu)模式應(yīng)運而生。現(xiàn)在小高層建筑普遍采用的結(jié)構(gòu)類型主要有“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異形柱框架結(jié)構(gòu)”。
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異形柱結(jié)構(gòu)主要包括異形柱框架結(jié)構(gòu)和異形柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。異形柱是多肢的，它的剪切中心主要分布在平面范圍以外，荷載時會產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力和翹曲應(yīng)力，由于剪應(yīng)力的存在，經(jīng)常會造成柱肢出現(xiàn)裂縫。加上異形柱具有變形能力低、延展性較差的劣勢，所以經(jīng)常會出現(xiàn)建筑材料的破損。設(shè)計者在進(jìn)行設(shè)計之前必須要通過可靠的計算和必要的構(gòu)造措施來保證建筑材料的剛度，從而防止建筑材料的損壞。
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短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)，是指在規(guī)定的水平作用下，短肢剪力墻承擔(dān)的底部傾覆力矩不小于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的30%，這就要求短肢剪力墻的截面厚度不能小于300mm，墻肢的截面高度需要是墻肢厚度的4-8倍左右。這種結(jié)構(gòu)布置比較靈活，能夠很好的結(jié)合建筑平面，不會和建筑的使用功能產(chǎn)生沖突。再者，這種結(jié)構(gòu)能夠很好的利用中心剪力墻力的作用，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)對剛度的要求。
經(jīng)過兩者的比較，發(fā)現(xiàn)“短肢剪力墻”這種模式比較適合現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，一方面能夠滿足居民對建筑空間的需求，另一方面，也可以保證結(jié)構(gòu)的剛度和承載力達(dá)到最佳水平，從而保證住宅的安全性。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的選擇
�。ㄒ唬┙ㄖQ向體型優(yōu)化
小高層建筑的豎向體型不宜有過大的外挑和內(nèi)收，豎向體型應(yīng)該遵行規(guī)則、均勻的要求，結(jié)構(gòu)強度的選擇需要上小下大，從下至上，逐漸遞減。不要采用變化較大的結(jié)構(gòu)類型，較大的結(jié)構(gòu)變化會在建筑內(nèi)部產(chǎn)生薄弱部位，這種片面追求美觀的設(shè)計結(jié)構(gòu)，不僅為施工企業(yè)帶來了不小的經(jīng)濟成本，而且在安全度上也大打折扣。
（二）建筑平面的優(yōu)化
在小高層建筑過程當(dāng)中結(jié)構(gòu)的平面形狀應(yīng)該遵循簡單、規(guī)則、乘載力分布比較均勻的結(jié)構(gòu)原則。對于建筑平面的設(shè)計不宜過長。建筑體型的過長會導(dǎo)致永久縫的缺失，超長的結(jié)構(gòu)建筑會使非荷載應(yīng)力增大，從而會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的配筋的使用。建筑物在設(shè)計過程中應(yīng)該保證長寬比不宜過大，因為建筑物兩個主軸方向上的動力特性相差過大會使其在風(fēng)力或者水平地震的作用下產(chǎn)生的效應(yīng)相差較大，進(jìn)而導(dǎo)致平面的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。
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結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該注重概念的設(shè)計，在建筑方案設(shè)計的過程中，建筑師就應(yīng)該積極參與進(jìn)去，提出自己的見解和建議。優(yōu)秀的建筑作品需要建筑工作的設(shè)計人員、高層管理人員以及成本預(yù)算人員的參與，在設(shè)計美觀的同時，保證建筑的安全性以及經(jīng)濟性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要盡可能的促使建筑結(jié)構(gòu)的平面設(shè)置和豎向設(shè)置達(dá)到簡單、規(guī)則以及均勻的要求.控制建筑物的建筑高度，盡量避免使用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、大底盤多塔結(jié)構(gòu)等復(fù)雜的小高層結(jié)構(gòu)模型。只有保持合理的剛度和承載力，才能保證在受到較大外力下建筑物的完好無損。
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剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計是小高層住宅樓結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，剪力墻設(shè)計的好壞涉及到整個建筑施工的全程。結(jié)構(gòu)設(shè)計在滿足建筑物原有的建筑功能的基礎(chǔ)上，剪力墻最好沿周邊均勻、集中布置，在建筑物負(fù)載較大的部位，剪力墻的布置間距應(yīng)該保持在合理的水平之下�？拐鸺袅Y(jié)構(gòu)的設(shè)計需要沿主軸方向或者其他方向雙向布置，避免使用單向布墻的布置形式。剪力墻的截肢面應(yīng)該盡量簡單規(guī)則，避免出現(xiàn)獨立的小墻肢。結(jié)合平面合理布置剪力墻的位置，控制剪力墻的間距，保證剛度中心和質(zhì)量中心的重合，減少地震作用下的墻體扭轉(zhuǎn)，從而保證建筑物的安全性。
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首先在材料選擇上，最好選擇抗壓性較好的混凝土，盡量選用高標(biāo)號的混凝土。這樣不僅可以有效的減少建筑物的截面，增加了建筑物的使用空間，而且很好的減輕了建筑材料在建筑總體占用上的比重。
實際應(yīng)用
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經(jīng)過經(jīng)濟指標(biāo)的核算以及抗震反應(yīng)程度的分析，小高層結(jié)構(gòu)方案的選擇應(yīng)該是采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)體系。在對這個住宅樓的平面設(shè)計過程中，需要保持結(jié)構(gòu)的平面形狀和整體剛度相協(xié)調(diào)。采用雙向設(shè)置，從平面上看，盡量保持對直。在豎向配置當(dāng)中，需要保證建筑物的內(nèi)收，防止力的分配不均導(dǎo)致薄弱環(huán)節(jié)的出現(xiàn)。房屋的抗側(cè)強度中心盡量符合作用力的分布，防止房屋的扭轉(zhuǎn)。
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根據(jù)對建筑剪力墻的肢長和厚度的對比，計算出肢長與肢厚的比例，如果肢長與肢厚的比重大于或等于5.0時，在結(jié)構(gòu)的選擇上就應(yīng)該把短肢剪力墻作為最終的結(jié)構(gòu)選擇。這種剪力墻不僅擁有著良好的平面內(nèi)剛度，而且在平面外剛度上也有著不錯的效果，這就為抗震方面做了良好的剛度準(zhǔn)備。另外，對于樓板的選擇要考慮其彈性變形的情況，保證其有一定的扭轉(zhuǎn)空間。
剪重比的控制標(biāo)準(zhǔn)也能反映墻體承受地震作用大小的重要指標(biāo)之一，對于地震力的計算應(yīng)該適中，計算的程度既不能偏大，也不能太小，原因是短肢剪力墻在抗震能力上有較大的缺陷，如果在抗震時剪力墻承受的壓力太大，很有可能在抗震能力上達(dá)不到相關(guān)的水平。
軸壓比的比值也能夠在一定程度上反映建筑物的抗震水平，在建筑施工中，要對軸壓比做好相關(guān)的控制，切忌軸壓比過大，當(dāng)軸壓比超過一定標(biāo)準(zhǔn)時，柱的延展性就會變差，在地震作用下，就會缺乏延展的空間，從而導(dǎo)致建筑物的不穩(wěn)定。
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工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計不僅僅需要對建筑物的美觀程度以及抗震能力上作必要的計算和選擇，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟的合理設(shè)計也是影響工程最終方案選擇的重要因素，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟的選擇不僅需要對混凝土以及鋼筋的用量做合理的經(jīng)濟運算，而且需要對其強度做出嚴(yán)格的檢驗。經(jīng)濟成本的投入也許是鋼筋混凝土不能選擇最優(yōu)質(zhì)量的影響因素，但那不是唯一的。建筑物不同的結(jié)構(gòu)選擇對建筑物原材料的選擇也是不一樣的，對于不需要高負(fù)載的建筑結(jié)構(gòu)來說，高質(zhì)量的材料選擇不僅會造成資源的浪費，而且會提高建筑物的建筑成本。另外，建筑原材料的重量對建筑物的影響也是要考慮在內(nèi)的。
結(jié)束語：
綜上所述，建筑物結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計貫穿建筑過程的始終，對于建筑物方案的選擇不僅對建筑物質(zhì)量的好壞有著重要的影響，而且對于企業(yè)減少經(jīng)濟成本具有重要意義。因此，就需要設(shè)計師們根據(jù)建筑物的設(shè)計要求，做出精準(zhǔn)的方案選擇，達(dá)到施工最優(yōu)的效果。
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