高层住宅结构体系的选择

高层住宅结构体系的选择高层住宅结构体系的选择 - - 结构理论结构理论 论文导读：随着房地产市场由粗犷型向集约型方向的发展， 业主对工 程造价的重视程度大为提高， 甚至超越了建筑专业功能、 外观等苛刻 要求。工程设计造价的高低成为承接工程设计的先决条件， 因此根据 建筑功能选择结构受力特性良好、 经济性能优越的结构体系方案， 成 为结构设计人员必须面对的课题。 所谓小高层住宅，通常是指十一层 加跃层（2006 住宅设计规范规定十一层）以下的高层住宅。 关键词：高层住宅，结构体系，工程造价 1.问题产生 随着房地产市场由粗犷型向集约型方向的发展， 业主对工程造价 的重视程度大为提高，甚至超越了建筑专业功能、外观等苛刻要求。 论文格式。工程设计造价的高低成为承接工程设计的先决条件， 因此 根据建筑功能选择结构受力特性良好、经济性能优越的结构体系方 案，成为结构设计人员必须面对的课题。 所谓小高层住宅，通常是指十一层加跃层（2006 住宅设计规范 规定十一层）以下的高层住宅。对结构设计来说有如下可行的结构体 系方案：剪力墙结构、框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构、异型柱框 架剪力墙结构。 本文结合实际工程， 对以上四种结构形式的受力分析， 经济造价进行综合比较，为类似工程的设计，提供了值得借鉴的有益 经验。 以某位于沿海地区大型城市，地下一层、地上 11 层小高层住宅 为例， 高度 35 米， 设计风荷载按 C 类地面粗糙度， 基本风压 0.5KN/m2 设计，抗震设防烈度为七度第一组,设计基本地震加速度值 0.1g，建 筑抗震类别为乙类,结构安全等级为二级, 建筑场地土类别为 II 类， 设计使用年限为 50 年。 2.各结构体系受力性能 2.1 剪力墙结构： 剪力墙结构通常是指布置的墙体其剪力墙肢肢长和肢厚比大于8 的结构，特点是整体性能好，侧向刚度大，水平力下侧向位移小，并 且由于没有梁柱等外露与凸出，便于房间布置。是一种传统、成熟、 受力性能良好的结构形式，其缺点是结构墙体相对多、 刚度和自重较 大，一段时间以来应用减少。随着 2002 新规范的应用，该结构又显 示出无穷的生命力。现在小高层住宅剪力墙结构，不再是以往大面积 的墙体布置， 而是紧扣规范条文， 适当控制墙肢肢长和肢厚比的限值， 使之稍微大于 8，从而减少结构刚度和地震力，避开高规对短肢剪力 墙结构近乎苛刻的限值，达到减少造价的目的。 2.2 框架剪力墙结构： 是指由普通框架柱和一般剪力墙共同组成的一种结构形式， 由框 架和剪力墙共同承担竖向和水平荷载， 它结合框架和剪力墙受力的优 点，又能获得较大空间房屋，但是由于现在建筑平面布置的灵活性， 框架布置非常复杂，很难形成规则的受力体系，并且随着房间布局的 变化，容易产生柱楞和凸出的大梁，影响外观和使用功能，同时由于 多次受力转换，降低梁板受力性能，增加了结构造价。论文格式。因 此除特别规则住宅建筑采用外，目前小高层住宅设计中较少采用。 2.3 短肢剪力墙结构： 短肢剪力墙结构是十多年前由南方沿海发展开来的一种结构形 式，为避免剪力墙结构刚度太大的缺点，适当减少墙体长度，使剪力 墙墙体肢长和肢厚比取 5～8 倍。在设计之初，由于没有明确国家规 范，设计理论、 计算方法和构造措施均参照剪力墙结构设计进行，因 此设计随意性较大，不够科学严谨。在 2002 年新修订的高层建筑混 凝土结构规程（JGJ3－2002）才明确了具体设计方法。由于该结构在 地震区经验不多，为安全起见，对这种结构设计的最大适用高度、使 用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴 压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率都作了非常严格规定。尤其 是高规 7.1.2.2 规定：抗震设计时，筒体和一般剪力墙承担的第一振 型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%； 高规 7.1.2.3 规定：短肢剪力墙的抗震等级比一般剪力墙提高一级采用； 高 规 7.1.2.4 规定： 短肢剪力墙轴压比提高 0.1 到 0.2； 高规 7.1.2.5 规定： 短肢剪力墙根据抗震等级不同， 剪力设计值乘以 1.4 和 1.2 增大系数； 高规 7.1.2.6 规定：短肢剪力墙全部纵向钢筋配筋率对底部加强区不 宜小于 1.2%，其它部位不宜小于1.0%；高规7.1.2.7 规定：墙肢厚度 不应小于 200。一系列规范条文的限制，使结构造价直线提高，因此 此类结构形式在小高层住宅中的运用迅速减少。论文格式。 2.4 异型柱框架剪力墙结构： 异型柱框架剪力墙结构 ,是由天津市异型柱规程 (DB29-16-98)和 广东省异型柱规程 (DBJ/T15-15-95)等地方规程发展起来的新型结构 形式，墙体肢高和肢厚比不大于4，柱肢受力特性复杂，由于该结构 形式抗震性能存在很多争议，过去由于一直没有得到国家规程承认， 在很多地方因需通过超限审查而受到限值。经过近几年不懈试验研 究，终于通过国家抗震规范审查，今年八月一日正是以国家规程 （JGJ149－2006）的形式生效，从而使结构设计人员有了可靠权威的 设计依据。对这种结构形式，规程对其最大适用高度、使用范围、抗 震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面 剪力设计值、纵向钢筋配筋率、体积配箍率等也都作了严格规定。同 时由于结构断面较小，规范 5.3.1 强制条文规定应进行梁柱核心区受 剪承载力计算。该结构是发展了框架剪力墙结构， 同时避免了框剪结 构适用性不好的缺点，受到业主和用户欢迎，但是必须明确，由于异 型柱断面很小，梁柱节点核心区钢筋密集，施工振捣困难，从而使之 力学性能和抗震性能受到削弱， 需仔细进行核心区计算。 这种结构形 式是我国目前迎合中国经济还不是很富裕、 渴望减少土建造价的国情 的独创，随着综合国力的提高，其发展前景必然会受到一定限制。排 除受力因素，异型柱框架剪力墙结构是最为经济的方案， 剪力墙结构 次之，短肢剪力墙结构造价相对最高。分析原因，对小高层结构，无 论采用何种结构形式，其梁板配筋差别不大，而对框架柱、剪力墙通 常为构造配筋，因此，规范对构造钢筋的最小配筋率规定，成为影响 工程造价的最主要原因。对剪力墙结构，抗震等级为三级，其构造边 缘构件纵向钢筋最小配筋率在底部加强区和非加强区分别为 0.5%和 0.4%， 墙体最小配筋率为 0.25%。 而对于短肢剪力墙结构， 如上所述， 其抗震等级提高至二级， 同时全部纵向钢筋配筋率对底部加强区不宜 小于 1.2%，其它部位不宜小于 1.0%，因此扣除梁板和墙体因素，仅 单位长度墙体构造配筋，剪力墙结构和短肢剪力墙结构相差一倍以 上。而对于异型柱框架剪力墙结构，柱配筋一般在 1.2%左右，但由 于异型柱柱肢断面较小，因而获得较好经济性能。 3.总结 结构方案的选择是结合业主意见、 当地抗震设防烈度、 受力特性、 工程造价、使用功能、审查机构的认识等诸多因素决定。应该说，剪 力墙结构由于其良好的性价比受到设计人员的认可， 但是在目前经济 条件下，含钢率、造价往往成为业主衡量设计优劣的重要指标。作为 设计人员，其结构体系的选择也往往陷于被动。 但掌握小高层住宅各 种结构体系的受力性能、工