小高层住宅结构设计探讨

小高层住宅结构设计探讨

庞鹏

庞鹏北京中外建建筑设计有限公司南宁分公司

摘要：小高层住宅结构设计中概念设计非常重要，设计中应特别重视规范，规程中的有关结构设计的各条规定，对结构进行合理选型，运用计算手段对结构做出合理评价，合理调整。本文就这方面的问题进行探讨。

关键词：小高层住宅结构设计

Discussiononthedesignofhigh-risebuildingstructure

PangPeng

ChinatobuildBeijingarchitecturaldesignlimitedcompanyNanningBranch

Abstract:smallhigh-riseresidentialconceptualdesigninstructuraldesignisveryimportantinthedesign,specialattentionshouldbepaidtostandardization,rulesinthestructuraldesignoftheprovisionsonthestructure,selection,calculationofthestructurebymeanstomakeareasonableevaluation,reasonableadjust.Inthispapertheproblemsarediscussed.

Keywords:high-risebuildingstructuredesign

近几年来，随着我国房地产行业的快速发展，人们对住宅平面与空间的要求也越来越高，小高层建筑形式不断涌现。建筑的住宅布置有时候考虑立面造型和内部使用空间，会使结构产生一些不合理之处。例如结构的刚度偏心和扭转及平面不规则等，这些情况对结构受力及抗震均不利。因此，设计时尽量在平面布置和构造设计上使结构更趋合理，且要做到经济合理。

1小高层住宅的几种结构形式

（1）框架结构：其优点主要是结构布置灵活，较大的室内空间，尤其是底层空间可以较大，使用较为方便。缺点是框架柱截面很大且突出墙体，直接影响到户型的实际使用面积及家具布置。且建筑平面布置需要十分规则。

（2）异形柱框架结构：其特点类似于框架结构，且柱宽与墙厚相同。解决了室内空间使用的问题。缺点是此种结构形式太柔对抗震不利，房屋适用高度很低。

（3）框架剪力墙结构：较多的用在高层结构中。外部框架结构主要承受竖向力，框架布置灵活。电梯井为剪力墙承受大部分水平荷载。此种结构形式比较适合于商业和商住等有大空间需求的建筑。缺点也是外露的框架柱会影响使用。

（4）剪力墙结构：根据建筑平面布置设置钢筋混凝土剪力墙，无外露柱子很好满足了建筑平面的使用要求。缺点是结构刚度大、自重大、地震反应大。建筑和结构布置不合理的话也会增加钢筋用量。

（5）短肢剪力墙结构：是一种剪力墙墙肢较短的特殊剪力墙结构，短肢剪力墙结构布置十分灵活，结构特点也和剪力墙结构类似。在非地震区和地震烈度较低的地方短肢剪力墙结构要更为经济。

2小高层结构设计的总体指标控制

2.1总体信息的设置与控制。

电算判断结构抗震是否可行的主要依据是在风荷载和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，结构的振型曲线，自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中。总体信息的设置对这几组电算限值的影响是十分明显的。因此，合理设置总体信息的数值，才能正确地判别结构体系及构件截面尺寸是否可行。譬如说建筑物刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，就会造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，又会影响建筑物的使用。这里以小高层住宅常用的剪力墙结构设计为例，有以下几组数值值得注意：

（1）抗震设计时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。

（2）计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减，当非承重墙体为填充砖墙时，剪力墙结构可取0.9～1.0，框架剪力墙结构可取0.7～0.8。

（3）在内力与位移计算中，抗震设计的框架剪力墙结构和剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，节减系数不宜小于0.5。

（4）楼层层间最大位移与层高之比的限值u/h不宜小于1/1000且第一自振周期为平动周期，周期大小约为层数的0.06～0.08倍之间。

2.2高层结构的平面及竖向布置。

在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单，规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。竖向体形宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。

（1）结构平面布置应减小扭转的影响，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移是A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。

（2）当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。楼面凹入或开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2m。

（3）高层建筑结构伸缩缝的最大间距现浇框架结构为55m，现浇剪力墙结构为45m。

（4）抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。

2.3高层建筑的基础设计。

高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量的沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求。还应注意与相邻建筑物的影响，避免因基坑降水而影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等的正常使用与安全。常用的高层建筑基础类型有筏形基础，箱形基础，桩基础等。笔者所在地区的浅层土体承载力较低，持力层埋深一般大于25m，较多选用预应力钢筋混凝土预制桩基础。桩基承台可选用：柱下单独承台、双向交叉梁、筏板承台、箱型承台。目前的剪力墙体系小高层由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。基础则采用桩筏基础。如何对桩进行合理选型，将对整个地下室设计的经济性产生重要影响。例如某一工程，上部十八层带一地下室，根据勘察报告，采用400预应力管桩，可选桩长有桩长25m，单桩承载力特征值Ra=900KN，桩长34m，单桩承载力特征值Ra=1300KN。

采用25m桩需要290根，采用34m桩需要200根。从桩本身比较两种方案，总的桩延米数量相当，但采用25m桩为满樘布置，筏板厚需1200mm，而采用34m桩为墙下布置，筏板可减至900mm，经济性明显。可见，基础的选型应作方案比较，才能选定经济合理的方案。

2.4剪力墙结构的设计。

抗震设计的剪力墙结构中，剪力墙应沿主轴或其他方向双向布置，避免单向有墙的结构布置形式。剪力墙布置必须均匀合理，自下到上连续布置，避免刚度突变，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且X，Y两向刚重比接近。

（1）在结构布置上应避免一字形剪力墙和短肢剪力墙，若出现则尽量布置成长墙（h/w>8）。短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，一般的剪力墙是指墙肢截面高厚比大于8的剪力墙。短肢墙的厚度不应小于200mm，7、8度抗震设计时，宜设置翼缘。

（2）剪力墙墙体配筋一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可，即一、二、三级抗震设计时均不应小于0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时不应小于0.20%，双排钢筋之间采用φ6@600600拉筋。

（3）一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.16条设置约束边缘构件；其余剪力墙应按第7.2.17条设置构造边缘构件即可。由于规范中已有十分详细的规定，这里不再重复了。

3结束语

现在的住宅基本为商品房，如何在设计过程中使结构经济合理已经成为当务之急。因此在结构方案设计中必须强调概念设计，在平面布置上使结构更趋合理;在初步设计中进一步完善细化方案;在施工图设计中做到精确细致，构造准确。力求整个结构设计安全、经济、合理

参考文献：

[1]李国胜.高层钢筋混凝土结构设计手册(第2版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[2]张小雨,黄慎江.高层短肢剪力墙结构体系抗震性能分析[J].工程与建设,2010,24(5)

[3]肖燕武.浅谈建筑结构设计的安全度[J].科技创新导报,2007(35):107.