小高層建筑結(jié)構(gòu)型式的探討

Word版本，下載可自由編輯小高層建筑結(jié)構(gòu)型式的探討本文利用工程實(shí)例對目前較為普遍的小高層住所的結(jié)構(gòu)體系舉行適用性、經(jīng)濟(jì)性、抗震性能等幾方面的比較，并論述了各種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)缺點(diǎn)，對工程同行及業(yè)主在結(jié)構(gòu)計(jì)劃設(shè)計(jì)階段確定結(jié)構(gòu)選型時(shí)，具有較高的參考價(jià)值。

1緒言

目前，在浙江沿海各大城市，隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛快進(jìn)展，城市化進(jìn)程的進(jìn)一步深化，城市居民對住房要求日益提升。但城市土地資源的稀缺勢須要求住所向高層進(jìn)展，其中小高層住所日益成為業(yè)主及用戶的首選。

對小高層住所的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先擺在結(jié)構(gòu)工程師面前的是結(jié)構(gòu)選型的問題，到底何種結(jié)構(gòu)體系在適用性、經(jīng)濟(jì)性、抗震性能等幾方面為最佳呢?本文就以某小區(qū)為例，對目前普遍采納的幾種結(jié)構(gòu)形式舉行分析比較，以期拋磚引玉，為工程同行及業(yè)主在結(jié)構(gòu)計(jì)劃設(shè)計(jì)階段確定結(jié)構(gòu)選型時(shí)，提供參考。

2結(jié)構(gòu)計(jì)劃概述

某小區(qū)的某幢住所，十二層，一梯兩戶兩單元，對稱結(jié)構(gòu)，層高均為2.90m，建造物總高34.80m，長34.20m，寬14.70m，每層面積490m2，總面積5880m2，抗震烈度為6度，場地土類別為三類，基本風(fēng)壓：0.60kn/m，采納“多層及高層建造結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計(jì)軟件”(SATWE)程序及有關(guān)規(guī)范對不同的結(jié)構(gòu)計(jì)劃舉行計(jì)算并分析比較。

2.1框架結(jié)構(gòu)

此計(jì)劃的特點(diǎn)是普通用于多層結(jié)構(gòu)及小高層結(jié)構(gòu)，適用高度范圍普通為60.0m以下(6度設(shè)防)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)布置靈便，具有較大的室內(nèi)空間，使用較為便利。填充墻可采納輕質(zhì)隔墻，減輕結(jié)構(gòu)自重。但內(nèi)凸的框架柱直接影響到戶型的實(shí)際使用面積及家具布置。

2.2異型柱框架結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)體系是框架結(jié)構(gòu)的一個(gè)派生結(jié)構(gòu)形式，它除了具有框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)外，與墻同寬的異型柱很好地解決了建造平面使用問題。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《砼異型柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJl49-2023第3.1.2條抗震設(shè)計(jì)為6度時(shí)，異型柱結(jié)構(gòu)適用的房屋最大高度為24m，本工程建造總高為34.80m。故不宜采納異型柱框架結(jié)構(gòu)。

2.3框架剪力墻結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)體系普通用于高層結(jié)構(gòu)，在近幾年的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，此計(jì)劃的特點(diǎn)是通過樓電梯間做鋼筋砼核心筒反抗大部分水平荷載，框架柱主要承受豎向荷載。這種結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈便，使用便利的特點(diǎn)，又具有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力。但內(nèi)凸的框架柱同樣影響到戶型的實(shí)際使用面積及家具布置。

2.4異型柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)體系是框架剪力墻的一個(gè)派生結(jié)構(gòu)形式，此計(jì)劃的特點(diǎn)是通過樓電梯間做鋼筋砼核心筒反抗大部分水平荷載，異型柱主要承受豎向荷載，水平位移及層間位移大大減小。同時(shí)，與墻同寬的異型柱又能更好地解決建造平面使用問題。

2.5一般剪力墻結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)體系普通用于高層結(jié)構(gòu)住所，尤其在30層左右的高層住所結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。此計(jì)劃的特點(diǎn)是按照建造平面布局而設(shè)置鋼筋砼墻，與墻同寬的剪力墻很好地解決了建造平面使用問題。

該總高度僅34.8m，抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)，若采納純剪力墻結(jié)構(gòu)，造價(jià)高，故不作為該工程的首選結(jié)構(gòu)類型。

2.6短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

此計(jì)劃的特點(diǎn)是適應(yīng)建造要求而形成的特別的剪力墻結(jié)構(gòu)，按照建造平面布置，在建造物高低轉(zhuǎn)角處布置各種行式的短墻肢，主要形式有：—型、Y型、+型、T型、Z型、Y型等。因采納這種結(jié)構(gòu)體系時(shí)，將中部的電梯間、樓梯間和管道井四面的剪力墻組成筒體結(jié)構(gòu)，四面布置短肢剪力墻，也可按照需要布置一些長肢墻，所以結(jié)構(gòu)布置極為靈便，基本上能按照建造的要求布置豎向受力構(gòu)件。

3結(jié)構(gòu)抗震性能的比較

3.1框架結(jié)構(gòu)

普通用于多層及小高層結(jié)構(gòu)，即10層以下或建造物高度H小于28.0m，對H大于30.0m的框架結(jié)構(gòu)，在抗震設(shè)防烈度為6度地區(qū)，《高規(guī)》第4.8.2條規(guī)定，抗震等級為三級，SATWE程序計(jì)算結(jié)果顯示，此結(jié)構(gòu)在水平荷載(風(fēng)荷載及地震荷載)的作用下，水平位移及層間位移為最大(1/1200)；因?yàn)榭蚣苤鳛槲ㄒ坏目顾搅?gòu)件，軸壓比限值為0.90，故框架柱截面尺寸較大，內(nèi)凸的框架柱直接影響到戶型的實(shí)際使用面積及家具布置。而且，最為嚴(yán)峻的是，因?yàn)榻ㄔ斓钠矫媸褂没蛄⒚嬖煨蔚囊?，常常浮現(xiàn)框架兩一端擱置在柱上，另一端擱置在梁上；或幾根框架柱并不在一條軸線上，往往浮現(xiàn)單跨框架的現(xiàn)象，成為抗震薄弱環(huán)節(jié)。所以，在考慮抗震設(shè)防要求的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榭蚣芰褐孛孑^小，抗震性能較差，剛度較低，特殊是采納砌體填充墻時(shí)，地震中填充墻損壞嚴(yán)峻，修復(fù)費(fèi)用很高。故對高層結(jié)構(gòu)不宜采納。

3.2異型柱框架結(jié)構(gòu)

異型柱在受剪承載力、節(jié)點(diǎn)承載力和延性等受力性能方面比一般矩形柱差，在水平地震作用下，柱內(nèi)鋼筋的粘結(jié)錨易遭遇破壞，對抗震性能有不利影響。因此，鋼筋砼異型柱框架及框架抗震墻結(jié)構(gòu)的房屋應(yīng)在一定的高度及適用范圍內(nèi)應(yīng)用，而不能等同于普通的鋼筋砼結(jié)構(gòu)。按照《砼異型柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》適用于總高度小于24m的房屋。當(dāng)建造的高度較高時(shí)，異形柱無法滿足軸力和抗側(cè)力的要求。所以，異型柱框架結(jié)構(gòu)相比較而言，抗震性能為最差。

3.3框架剪力墻結(jié)構(gòu)

普通用于高層結(jié)構(gòu)，在近幾年的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，此計(jì)劃的特點(diǎn)是通過樓電梯間做鋼筋砼核心筒反抗大部分水平荷載，框架柱主要承受豎向荷載，水平位移及層間位移大大減小，軸壓比限值較框架結(jié)構(gòu)放寬，但考慮框架柱的構(gòu)造要求，及實(shí)際計(jì)算中若軸壓比大于0.90，則柱配筋較大，所以在小柱網(wǎng)的住所中，與框架結(jié)構(gòu)相比，柱截面尺寸與不行能小無數(shù)，同樣存在上述建造使用問題。

3.4異型柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)體系是框架剪力墻的一個(gè)派生結(jié)構(gòu)形式，此計(jì)劃的特點(diǎn)是通過樓電梯間做鋼筋砼核心筒反抗大部分水平荷載，異型柱主要承受豎向荷載，水平位移及層間位移大大減小。同時(shí)，與墻同寬的異型柱又能更好地解決建造平面使用問題。6度地區(qū)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)總高度不得超過45.0m，柱中距不大于7.20m?？拐鸬燃壷援愋沃猩鲜龅南拗茥l件，主要是異形柱的肢長較短，當(dāng)建造的高度較高時(shí)，異形柱無法滿足軸力和抗側(cè)力的要求。在6度設(shè)防地區(qū)，建造物高度大于18.0m抗震等級即為三級，這點(diǎn)較框架結(jié)構(gòu)(60.0m)嚴(yán)格。

3.5一般剪力墻結(jié)構(gòu)

普通用于高層結(jié)構(gòu)住所，尤其在30層左右的高層住所結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。此計(jì)劃的特點(diǎn)是按照建造平面布局而設(shè)置鋼筋砼墻，適當(dāng)部位開結(jié)構(gòu)洞，以輕質(zhì)填充墻代替，以減輕結(jié)構(gòu)自重及工程造價(jià)，可使各墻段剛度勻稱，抗震性能好，水平位移及層間位移大大減小，尤其在戶型的實(shí)際使用面積及家具布置中。

3.6短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

因?yàn)槎讨袅拐鹦阅茌^差，地震區(qū)應(yīng)用閱歷不多，為平安起見，對這種結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的最大適用高度、使用范圍、抗震等級、墻肢厚度、軸壓比、截面剪力設(shè)計(jì)值、縱向鋼筋配筋率均做了較嚴(yán)格的限制。4計(jì)算結(jié)果的比較

對以上所述六種結(jié)構(gòu)形式，本人統(tǒng)一采納“建科院SATWE”舉行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列表表示。

按照以上計(jì)算結(jié)果：

4.1地震周期

框架結(jié)構(gòu)最大(T1=1.6463S)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)最小，異型柱剪力墻結(jié)構(gòu)次之，其余結(jié)構(gòu)相差不大。明顯，這是與結(jié)構(gòu)的剛度有直接關(guān)系。

4.2水平地震剪力

框架結(jié)構(gòu)最小(1347.77f)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)最大，異型柱剪力墻結(jié)構(gòu)次之，其余結(jié)構(gòu)相差不大。明顯，這是與結(jié)構(gòu)的地震周期是全都的。

4.3最大層間位移

框架結(jié)構(gòu)最大(Dx/h=1/455)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)次之(1/3591)，其余結(jié)構(gòu)相差不大。明顯，這是與結(jié)構(gòu)的剛度是全都的。

4.4結(jié)構(gòu)自重

框架結(jié)構(gòu)最大，其余結(jié)構(gòu)相差不大(約8300t)。活載相差不大(約600t)。恒載占總分量的百分比為93%以上，故在高層計(jì)算中，普通可不考慮恒活最不利組合，這對計(jì)算結(jié)果幾乎無影響。