淺述如何選擇鋼筋混凝土高層民用建筑的結構體系

【摘 要】隨著經濟的發展，城市的建筑物也如雨后春筍般拔地而起。民用建筑也變得越來越高，成為城市中一道亮麗的風景線。隨著建筑物的高度的增加，建筑物存在的安全隱患也越來越大，因此，在高層建筑的設計中，一定要選擇合適的結構體系，加強和優化結構的設計，盡量地減少高層建筑可能帶來的安全隱患。

【關鍵詞】民用建筑；結構體系；安全問題

做好建筑結構設計是保證民用建筑安全的前提。然而，有時由于工程人員在建筑結構設計時，考慮不周或種種其他原因，往往出現了一些民用建筑安全問題。本文將探討一些常見的高層鋼筋混凝土民用建筑結構和一些常見的高層鋼筋混凝土民用建筑選擇問題。

1 常見的民用建筑結構

目前，我們最常見的高層建筑結構大部分為鋼筋混凝土結構。其結構的體系大多采用抗震墻結構、框架抗震結構、框支抗震墻結構以及框架結構，前兩種結構運用比較多。

1.1 抗震墻結構

抗震墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為抗震墻結構。抗震墻的主要作用是承擔豎向荷載和抵抗水平荷載。抗震墻結構中墻與樓板組成受力體系，缺點是抗震墻不能拆除或破壞，不利于形成大空間，住戶無法對室內布局自行改造。就目前中國現狀，純抗震墻結構造價高，施工困難，耗鋼量極大，所以往往因為建設單位的制約，結構抗震設計囿于成本而不得不降低標準，建議慎用此類結構形式。

1.2 框架抗震墻結構

框架-抗震墻結構也稱框剪結構，這種結構是在框架結構中布置一定數量的抗震墻，構成靈活自由的使用空間，滿足不同建筑功能的要求，同樣又有足夠的抗震墻，有相當大的剛度，框架-抗震墻結構的受力特點，是由框架和抗震墻結構兩種不同的抗側力結構組成的新的受力形式，所以它的框架不同于純框架結構中的框架，抗震墻在框剪結構中也不同于抗震墻結構中的抗震墻。因為，在下部樓層，抗震墻的位移較小，它拉著框架按彎曲型曲線變形，抗震墻承受大部分水平力，上部樓層則相反，抗震墻位移越來越大，有外側的趨勢，而框架則有內收的趨勢，框架拉抗震墻按剪切型曲線變形，框架除了負擔外荷載產生的水平力外，還額外負擔了把剪力拉回來的附加水平力，抗震墻不但不承受荷載產生的水平力，還因為給框架一個附加水平力而承受負剪力，所以，上部樓層即使外荷載產生的樓層剪力很小，框架中也出現相當大的剪力。

1.3 框支抗震墻結構

框支抗震墻指的是結構中的局部，部分抗震墻因建筑要求不能落地，直接落在下層框架梁上，再由框架梁將荷載傳至框架柱上，這樣的梁就叫框支梁，柱就叫框支柱，上面的墻就叫框支抗震墻。這是一個局部的概念，因為結構中一般只有部分抗震墻會是框支抗震墻，大部分抗震墻一般都會落地的。框支抗震墻結構抗震性能差，造價高，應盡量避免采用。但它能滿足現代建筑不同功能組合的需要，有時結構設計又不可避免使用此種結構型式，對此應采取措施積極改善其抗震性能，盡可能減少材料的消耗，以降低工程的造價。

1.4 框架結構

框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構成承重體系的結構，即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。采用結構的房屋墻體不承重，僅起到圍護和分隔作用，一般用預制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質板材等材料砌筑或裝配而成。由于結構抗震性的關系在高烈度區采用較少。

2 民用建筑結構設計中存在的安全問題以及選擇

在民用建筑中，抗震墻結構、框架抗震墻結構的運用既有一定的好處，同時也有自己的缺點，這些缺點會使民用建筑存在一定的安全問題。因此根據結構特點合理選擇結構體系尤為重要。

2.1 由抗震墻結構造成的民用建筑安全問題及措施

在民用建筑的結構設計中，抗震墻結構體系存在的問題就是墻體太密，使建筑平面布置和空間利用受到限制，較難滿足大空間建筑功能的要求。其次，結構自重較大，加上抗側剛度較大，結構自振周期較短，導致較大的地震作用。因此，抗震墻結構只適用于需要很多隔墻的高層住宅公寓以及高層旅館的標準層。如果是下部要設置大空間公共設施的高層住宅、公寓和旅館建筑，可以使用框架抗震墻體系，就是在底層或1-3層把部分剪力墻改換為框架，其余抗震墻仍落至基礎，使其相接的層次剛度不發生突變。

2.2 由框支抗震墻結構造成的民用建筑安全問題及措施

這種結構在地震作用下往往由于從上別下剛度突變，底層框架剛度太弱，強度不足，側移過大，延性不足而出現破壞，甚至導致結構倒塌，這類結構的震害十分嚴重。

在結構設計中，要注意框支墻與落地墻的比例。在地震區，一般要限制框支墻的總塌數不超過全部橫墻塌數的50%，也就是說，框支墻占墻體的比例宜控制在1\\2以內。其次，還要增加落地剪力墻的厚度，落地剪力墻的厚度不應該超過原墻厚的2倍，提高落地前力墻與框架柱的強度等級，減少洞口的尺寸，控制落地抗震墻的間距不宜大于建筑物寬度的2.5倍，把落地剪力墻組合布置成筒狀或工字型等來增加結構底部的總抗側剛度。要避免在框支樓蓋頂處發生剛度急劇突變，為了保證剛度的變化能順利地傳遞和轉變，必須對框支樓蓋層的設計做特殊的要求，如板厚不宜小于180mm，采用現澆鋼筋混凝土且強度等級不宜低于C30，并應采用雙向上下配筋、配筋率不宜低于0.25%。樓板的外側邊可利用縱向框架梁或底層外縱墻加強。樓板開洞位置距外側邊應盡量遠一些，在框支墻部樓板則不宜開洞。

還有，要根據建筑的使用功能，也可將底層框架擴展為2-3層，剛度隨層數的增高而逐漸發生變化，使剛度逐漸減弱而避免突變。在框架的最上面一層設置設備層，作為剛度的過渡層，使結構轉換層上下剛度較為接近。框架梁柱是底部大空間部分的重要支承，它主要承受垂直荷載及地震傾覆力矩，其斷面尺寸要通過內力分析，從結構強度、穩定和變形等方面確定。框架梁高度一般可取（1\\6-1\\8）梁跨，框架柱截面應符合軸壓比N\\fbh，N為地震力及豎向荷載作用組合的計算軸力，f為柱混凝土軸心受壓設計強度。

2.3 框架抗震墻結構造成的民用建筑安全問題及措施

框架抗震墻結構適用于25層以下的房屋，最高不宜超過30層，由于剪力墻的存在，一定程度上限制了建筑平面布置的靈活性，并且它的抗側移剛度較小，水水平荷載后成剪切型變形，不利于地震的抗震。

在框架抗震墻結構中，由于抗震墻的側向剛度比框架大很多，抗震墻的數量和布置對結構的整體剛度和剛度中心位置影響很大，所以確定抗震墻的數量并進行合理的布置是這種結構設計中的關鍵問題。此外，還要注意板柱-抗震墻結構的布置，板柱-抗震墻結構中的板柱框架比梁柱框架更弱，因此，高層的板柱-抗震墻結構應該布置成雙向的抗側力體系，兩主軸的方向均應該設置抗震墻。

3 總結

建筑是城市的一道風景線，建筑與人們的生活息息相關，加強建筑的結構設計，選擇合適的結構體系，減少結構設計帶來的安全問題，是工程人員在進行民用建筑結構設計時，必須考慮的問題。在高層鋼筋混凝土民用建筑結構設計中，常見的建筑結構體系有抗震墻結構、框架抗震墻結構、框支抗震墻結構及框架結構。每一種結構都會存在一定的安全問題，所以，工程人員在進行結構設計時，一定要根據每種結構適用的范圍和優缺點，進行合理地設計，才能減少民用建筑結構設計中的安全問題。

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