【論文】小高層建築結構型式探討-國際節能環保網-行業資訊

1　緒言
　　
　　muqian，zaizhejiangyanhaigedachengshi，suizheshehuijingjidefeisufazhan，chengshihuajinchengdejinyibushenru，chengshijuminduizhufangyaoqiuriyitigao。danchengshitudiziyuandexiqueshibiyaoqiuzhuzhaixianggaocengfazhan，qizhongxiaogaocengzhuzhairiyichengweiyezhujiyonghudeshouxuan。
　　對小高層住宅的結構設計，首先擺在結構工程師麵前的是結構選型的問題，到底何種結構體係在適用性、經濟性、抗震性能等幾方麵為最佳呢?benwenjiuyimouxiaoquweili，duimuqianpubiancaiyongdejizhongjiegouxingshijinxingfenxibijiao，yiqipaozhuanyinyu，weigongchengtongxingjiyezhuzaijiegoufanganshejijieduanquedingjiegouxuanxingshi，tigongcankao。
　　
　　2　結構方案概述
　　
　　某小區的某幢住宅，十二層，一梯兩戶兩單元，對稱結構，層高均為2.90m，建築物總高34.80m，長34.20m，寬14.70m，每層麵積490m2，總麵積5880m2，抗震烈度為6度，場地土類別為三類，基本風壓：0.60kn/m，采用“多層及高層建築結構三維分析與設計軟件”(SATWE)程序及有關規範對不同的結構方案進行計算並分析比較。
　　
　　2．1　框架結構
　　此方案的特點是一般用於多層結構及小高層結構，適用高度範圍一般為60.0m以下(6度設防)。框kuang架jia結jie構gou布bu置zhi靈ling活huo，具ju有you較jiao大da的de室shi內nei空kong間jian，使shi用yong較jiao為wei方fang便bian。填tian充chong牆qiang可ke采cai用yong輕qing質zhi隔ge牆qiang，減jian輕qing結jie構gou自zi重zhong。但dan內nei凸tu的de框kuang架jia柱zhu直zhi接jie影ying響xiang到dao戶hu型xing的de實shi際ji使shi用yong麵mian積ji及ji家jia具ju布bu置zhi。
　　
　　2．2　異型柱框架結構
　　zhezhongjiegoutixishikuangjiajiegoudeyigepaishengjiegouxingshi，tachulejuyoukuangjiajiegoudetedianwai，yuqiangtongkuandeyixingzhuhenhaodijiejuelejianzhupingmianshiyongwenti。genjuxingyebiaozhun《砼異型柱結構技術規程》JGJl49－2006第3.1.2條抗震設計為6度時，異型柱結構適用的房屋最大高度為24m，本工程建築總高為34.80m。故不宜采用異型柱框架結構。
　　
　　2．3　框架剪力牆結構
　　zhezhongjiegoutixiyibanyongyugaocengjiegou，zaijinjiniandegaocengjiegoushejizhongyingyongguangfan，cifangandetedianshiliyongloudiantijianzuogangjintonghexintongdikangdabufenshuipinghezai，kuangjiazhuzhuyaochengshoushuxianghezai。zhezhongjiegoujijuyoukuangjiajiegoubuzhilinghuo，shiyongfangbiandetedian，youjuyoujiaodadegangduhejiaoqiangdekangzhennengli。danneitudekuangjiazhutongyangyingxiangdaohuxingdeshijishiyongmianjijijiajubuzhi。
　　
　　2．4　異型柱框架剪力牆結構
　　這zhe種zhong結jie構gou體ti係xi是shi框kuang架jia剪jian力li牆qiang的de一yi個ge派pai生sheng結jie構gou形xing式shi，此ci方fang案an的de特te點dian是shi利li用yong樓lou電dian梯ti間jian做zuo鋼gang筋jin砼tong核he心xin筒tong抵di抗kang大da部bu分fen水shui平ping荷he載zai，異yi型xing柱zhu主zhu要yao承cheng受shou豎shu向xiang荷he載zai，水shui平ping位wei移yi及ji層ceng間jian位wei移yi大da大da減jian小xiao。同tong時shi，與yu牆qiang同tong寬kuan的de異yi型xing柱zhu又you能neng更geng好hao地di解jie決jue建jian築zhu平ping麵mian使shi用yong問wen題ti。
　　
　　2．5　普通剪力牆結構
　　這種結構體係一般用於高層結構住宅，尤其在30層(ceng)左(zuo)右(you)的(de)高(gao)層(ceng)住(zhu)宅(zhai)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)中(zhong)應(ying)用(yong)廣(guang)泛(fan)。此(ci)方(fang)案(an)的(de)特(te)點(dian)是(shi)根(gen)據(ju)建(jian)築(zhu)平(ping)麵(mian)布(bu)局(ju)而(er)設(she)置(zhi)鋼(gang)筋(jin)砼(tong)牆(qiang)，與(yu)牆(qiang)同(tong)寬(kuan)的(de)剪(jian)力(li)牆(qiang)很(hen)好(hao)地(di)解(jie)決(jue)了(le)建(jian)築(zhu)平(ping)麵(mian)使(shi)用(yong)問(wen)題(ti)。
　　該總高度僅34.8m，抗震設防烈度為6度區，若采用純剪力牆結構，造價高，故不作為該工程的首選結構類型。
　　
　　2．6　短肢剪力牆結構
　　cifangandetedianshishiyingjianzhuyaoqiuerxingchengdeteshudejianliqiangjiegou，genjujianzhupingmianbuzhi，zaijianzhuwuaotuzhuanjiaochubuzhigezhongxingshideduanqiangzhi，zhuyaoxingshiyou：―型、Ｙ型、＋型、Ｔ型、Z型、Y型等。因采用這種結構體係時，將中部的電梯間、loutijianheguandaojingsizhoudejianliqiangzuchengtongtijiegou，sizhoubuzhiduanzhijianliqiang，yekegenjuxuyaobuzhiyixiechangzhiqiang，suoyijiegoubuzhijiweilinghuo，jibenshangnenggenjujianzhudeyaoqiubuzhishuxiangshouligoujian。
　　
　　3　結構抗震性能的比較
　　
　　3．1　框架結構
　　一般用於多層及小高層結構，即10層以下或建築物高度H小於28.0m，對H大於30.0m的框架結構，在抗震設防烈度為6度地區，《高規》第4.8.2條規定，抗震等級為三級，SATWE程序計算結果顯示，此結構在水平荷載(風荷載及地震荷載)的作用下，水平位移及層間位移為最大(1/1200)；由於框架柱作為唯一的抗水平力構件，軸壓比限值為0.90，故gu框kuang架jia柱zhu截jie麵mian尺chi寸cun較jiao大da，內nei凸tu的de框kuang架jia柱zhu直zhi接jie影ying響xiang到dao戶hu型xing的de實shi際ji使shi用yong麵mian積ji及ji家jia具ju布bu置zhi。而er且qie，最zui為wei嚴yan重zhong的de是shi，由you於yu建jian築zhu的de平ping麵mian使shi用yong或huo立li麵mian造zao形xing的de要yao求qiu，經jing常chang出chu現xian框kuang架jia兩liang一yi端duan擱ge置zhi在zai柱zhu上shang，另ling一yi端duan擱ge置zhi在zai梁liang上shang；或huo幾ji根gen框kuang架jia柱zhu並bing不bu在zai一yi條tiao軸zhou線xian上shang，往wang往wang出chu現xian單dan跨kua框kuang架jia的de現xian象xiang，成cheng為wei抗kang震zhen薄bo弱ruo環huan節jie。所suo以yi，在zai考kao慮lv抗kang震zhen設she防fang要yao求qiu的de結jie構gou中zhong，由you於yu框kuang架jia梁liang柱zhu截jie麵mian較jiao小xiao，抗kang震zhen性xing能neng較jiao差cha，剛gang度du較jiao低di，特te別bie是shi采cai用yong砌qi體ti填tian充chong牆qiang時shi，地di震zhen中zhong填tian充chong牆qiang損sun壞huai嚴yan重zhong，修xiu複fu費fei用yong很hen高gao。故gu對dui高gao層ceng結jie構gou不bu宜yi采cai用yong。
　　
　　3．2　異型柱框架結構
　　異型柱在受剪承載力、節(jie)點(dian)承(cheng)載(zai)力(li)和(he)延(yan)性(xing)等(deng)受(shou)力(li)性(xing)能(neng)方(fang)麵(mian)比(bi)普(pu)通(tong)矩(ju)形(xing)柱(zhu)差(cha)，在(zai)水(shui)平(ping)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)下(xia)，柱(zhu)內(nei)鋼(gang)筋(jin)的(de)粘(zhan)結(jie)錨(mao)易(yi)遭(zao)受(shou)破(po)壞(huai)，對(dui)抗(kang)震(zhen)性(xing)能(neng)有(you)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。因(yin)此(ci)，鋼(gang)筋(jin)砼(tong)異(yi)型(xing)柱(zhu)框(kuang)架(jia)及(ji)框(kuang)架(jia)抗(kang)震(zhen)牆(qiang)結(jie)構(gou)的(de)房(fang)屋(wu)應(ying)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)高(gao)度(du)及(ji)適(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)內(nei)應(ying)用(yong)，而(er)不(bu)能(neng)等(deng)同(tong)於(yu)一(yi)般(ban)的(de)鋼(gang)筋(jin)砼(tong)結(jie)構(gou)。根(gen)據(ju)《砼異型柱結構技術規程》適用於總高度小於24m的房屋。當建築的高度較高時，異形柱無法滿足軸力和抗側力的要求。所以，異型柱框架結構相比較而言，抗震性能為最差。
　3．3　框架剪力牆結構
　　一yi般ban用yong於yu高gao層ceng結jie構gou，在zai近jin幾ji年nian的de高gao層ceng結jie構gou設she計ji中zhong應ying用yong廣guang泛fan，此ci方fang案an的de特te點dian是shi利li用yong樓lou電dian梯ti間jian做zuo鋼gang筋jin砼tong核he心xin筒tong抵di抗kang大da部bu分fen水shui平ping荷he載zai，框kuang架jia柱zhu主zhu要yao承cheng受shou豎shu向xiang荷he載zai，水shui平ping位wei移yi及ji層ceng間jian位wei移yi大da大da減jian小xiao，軸zhou壓ya比bi限xian值zhi較jiao框kuang架jia結jie構gou放fang寬kuan，但dan考kao慮lv框kuang架jia柱zhu的de構gou造zao要yao求qiu，及ji實shi際ji計ji算suan中zhong若ruo軸zhou壓ya比bi大da於yu0.90，則柱配筋較大，所以在小柱網的住宅中，與框架結構相比，柱截麵尺寸與不可能小很多，同樣存在上述建築使用問題。
　　
　　3．4　異型柱框架剪力牆結構
　　這zhe種zhong結jie構gou體ti係xi是shi框kuang架jia剪jian力li牆qiang的de一yi個ge派pai生sheng結jie構gou形xing式shi，此ci方fang案an的de特te點dian是shi利li用yong樓lou電dian梯ti間jian做zuo鋼gang筋jin砼tong核he心xin筒tong抵di抗kang大da部bu分fen水shui平ping荷he載zai，異yi型xing柱zhu主zhu要yao承cheng受shou豎shu向xiang荷he載zai，水shui平ping位wei移yi及ji層ceng間jian位wei移yi大da大da減jian小xiao。同tong時shi，與yu牆qiang同tong寬kuan的de異yi型xing柱zhu又you能neng更geng好hao地di解jie決jue建jian築zhu平ping麵mian使shi用yong問wen題ti。6度地區，框架剪力牆結構總高度不得超過45.0m，柱中距不大於7.20m。抗kang震zhen等deng級ji之zhi所suo以yi異yi形xing柱zhu有you上shang述shu的de限xian製zhi條tiao件jian，主zhu要yao是shi異yi形xing柱zhu的de肢zhi長chang較jiao短duan，當dang建jian築zhu的de高gao度du較jiao高gao時shi，異yi形xing柱zhu無wu法fa滿man足zu軸zhou力li和he抗kang側ce力li的de要yao求qiu。在zai6度設防地區，建築物高度大於18.0m抗震等級即為三級，這點較框架結構(60.0m)嚴格。
　　
　　3．5　普通剪力牆結構
　　一般用於高層結構住宅，尤其在30層ceng左zuo右you的de高gao層ceng住zhu宅zhai結jie構gou設she計ji中zhong應ying用yong廣guang泛fan。此ci方fang案an的de特te點dian是shi根gen據ju建jian築zhu平ping麵mian布bu局ju而er設she置zhi鋼gang筋jin砼tong牆qiang，適shi當dang部bu位wei開kai結jie構gou洞dong，以yi輕qing質zhi填tian充chong牆qiang代dai替ti，以yi減jian輕qing結jie構gou自zi重zhong及ji工gong程cheng造zao價jia，可ke使shi各ge牆qiang段duan剛gang度du均jun勻yun，抗kang震zhen性xing能neng好hao，水shui平ping位wei移yi及ji層ceng間jian位wei移yi大da大da減jian小xiao，尤you其qi在zai戶hu型xing的de實shi際ji使shi用yong麵mian積ji及ji家jia具ju布bu置zhi中zhong。
　　
　　3．6　短肢剪力牆結構
　　由於短肢剪力牆抗震性能較差，地震區應用經驗不多，為安全起見，對這種結構抗震設計的最大適用高度、使用範圍、抗震等級、牆肢厚度、軸壓比、截麵剪力設計值、縱向鋼筋配筋率均做了較嚴格的限製。
　　
　　4　計算結果的比較
　　
　　對以上所述六種結構形式，本人統一采用“建科院SATWE”進行計算，計算結果列表表示。
　　根據以上計算結果：
　　
　　4．1　地震周期
　　框架結構最大(T1=1.6463S)，短肢剪力牆結構最小，異型柱剪力牆結構次之，其餘結構相差不大。顯然，這是與結構的剛度有直接關係。
　　
　　
　　
　　4．2　水平地震剪力
　　框架結構最小(1347.77f)，短肢剪力牆結構最大，異型柱剪力牆結構次之，其餘結構相差不大。顯然，這是與結構的地震周期是一致的。
　　
　　4．3　最大層間位移
　　框架結構最大(Dx/h=1/455)，短肢剪力牆結構次之(1/3591)，其餘結構相差不大。顯然，這是與結構的剛度是一致的。
　　
　　4．4　結構自重
　　框架結構最大，其餘結構相差不大(約8300t)。活載相差不大(約600t)。恒載占總重量的百分比為93％以上，故在高層計算中，一般可不考慮恒活最不利組合，這對計算結果幾乎無影響。
　　
　　4．5　砼用量
　　短肢剪力牆結構與異型柱剪力牆結構較大(約146m3)，其餘結構相差不大(約1333)。相差了146/13.1=1.1倍。
　　
　　4．6　鋼筋用量
　　短肢剪力牆結構與異型柱剪力牆結構較大(約18.5f)，其餘結構相差不大(約16.0t)。相差了18.5/16.0=1.15倍。這是由於前者結構的最小配筋率要求較高。
　　
　　4．7　工程造價
　　短肢剪力牆結構與異

型柱剪力牆結構較大(約405元/m3），框架結構最小(349元／m2)。這是由於短肢剪力牆結構與異型柱剪力牆結構在砼用量和鋼筋用量均較高。
　　
　　4．8　基礎造價
　　根據第4)項的分析結果，基礎造價基本上與建築物結構自重一致，這裏不另做分析比較。
　　
　　5　結論
　　
　　對以上各類結構形式進行分析，各種類型均有優缺點，設計人員應根據建築物所處的地區、業主的要求以及地質條件在滿足國家規範及強製性條文的要求下選擇合適的結構類型。