小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計

邢濤建

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展與人們住宅需求的日益增加，小高層住宅的規(guī)模與數(shù)量也不斷增長。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是小高層住宅的主體結(jié)構(gòu)，對于小高層住宅的整體質(zhì)量有著重要的影響。本文就小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本形式以及其結(jié)構(gòu)設計的要點進行分析，提出鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計的方法，以促進鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在小高層住宅中的應用。

關(guān)鍵詞：小高層住宅；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；框架結(jié)構(gòu)；設計要點；方法

隨著小高層建筑的快速發(fā)展，其應用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系也不斷豐富，相關(guān)的結(jié)構(gòu)設計理念、設計思路等也不斷革新，越來越多的結(jié)構(gòu)形式運用在實際建設中。通過對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計的要點和優(yōu)化措施進行分析，有利于提高結(jié)構(gòu)設計的可靠性，促進其在小高層住宅建設中的使用，為工程的整體質(zhì)量提供保障。

一、小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計基本形式

（一）大開間剪力墻結(jié)構(gòu)

大開間剪力墻結(jié)構(gòu)是隨著人們對小高層住宅建筑功能需求的增加而出現(xiàn)的。由于原有的小開間剪力墻結(jié)構(gòu)會使得住宅的功能上受到較多的局限，且較多的墻體設計，使其強度不能得到充分發(fā)揮，還會造成較大的自重以及地震力，已經(jīng)無法適應人們?nèi)找嬖鲩L的生活需求。大開間剪力墻結(jié)構(gòu)通常的承重墻開間距離在4.5m—4.7m，進深在5m—11m之間，且在住宅室內(nèi)不建立承重的墻體，使得用戶可以根據(jù)需要靈活分割室內(nèi)空間，更符合人們的需求[1]。

（二）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

墻肢界面高度與厚度比例在5-8之間的剪力墻稱之為短肢剪力墻，其具有結(jié)構(gòu)合理、靈活性強、經(jīng)濟效益高以及節(jié)能性好等特點，在小高層住宅中應用的也比較廣泛。

（三）框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)是小高層住宅鋼筋混凝土的基礎結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢表現(xiàn)在抗震性、靈活性以及經(jīng)濟性上，但其缺點也同樣明顯，主要是在住宅空間結(jié)構(gòu)的布局和美觀上受到影響[2]。

（四）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)（如右圖）是在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中根據(jù)需要設立一些剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，這種形式在結(jié)構(gòu)布局、適用性以及靈活性等方面具備相當?shù)膬?yōu)勢，且兼具了框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)的變形性能，具備 良好的抗側(cè)力，也是當前小高層住宅常用的一種結(jié)構(gòu)形式。

二、小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計要點

（一）水平荷載性能設計

不同于低層住宅只注重豎向荷載的結(jié)構(gòu)設計理念，在小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中，除了要考慮小高層住宅自身重力的豎向荷載之外，更加需要重視其水平方向的荷載。當小高層住宅達到一定高度時，其豎向荷載基本是是固定值，而作為建筑的抗震能力和抗風能力的水平荷載設計，由于受到不同地區(qū)的氣候環(huán)境與地質(zhì)環(huán)境的差異的影響，其數(shù)值會產(chǎn)生較大的變化[3]。

（二）軸向變形設計

在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，當高度超過一定能夠范圍時，框架中柱比框架邊柱會受到更大程度的軸壓應力，造成中柱的軸向壓縮變形遠遠超過邊柱，當中柱與邊柱軸向壓縮變形差距超過某個特定值時，會降低連續(xù)梁主支座支座的負彎矩值，加大跨中正彎矩和端支座的負彎矩，引起框架主體結(jié)構(gòu)的嚴重變形，對其整體受力能力造成嚴重影響。因此，在小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計時，要充分注意到這一點。

（三）結(jié)構(gòu)側(cè)移設計

結(jié)構(gòu)側(cè)移是由于小高層住宅的水平荷載而引起的。隨著小高層住宅高度的增加，其水平荷載值會越來越大，引起鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的側(cè)向移動變形。當主體結(jié)構(gòu)的側(cè)移過大時，不僅會造成住宅的隔離墻、圍護墻自身及其上的裝飾材料產(chǎn)生裂縫或損壞，還會使主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，嚴重時甚至會引起建筑物倒塌。所以，在小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中，需要加強對抗側(cè)移能力的重視，保證主體結(jié)構(gòu)在水平荷載影響下產(chǎn)生的側(cè)移保持在合理范圍之內(nèi)[4]。

（四）結(jié)構(gòu)延性設計

相比于低層住宅，小高層住宅的抗震能力更差，更容易受到地震作用的影響，進而產(chǎn)生更大程度的變形。所以，在小高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中，需要采取合理的設計方式來提高結(jié)構(gòu)的延性，從而保證結(jié)構(gòu)在塑性之后具有足夠的變形能力，提高小高層住宅的抗震能力，避免出現(xiàn)倒塌。

三、小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計方法

（一）比較設計法

當前小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中，由于沒有成熟的分析軟件，只能根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標準、工程數(shù)據(jù)等進行設計，致使設計的方案不一定是最優(yōu)方案。針對此問題，可以通過比較設計的方法來提高結(jié)構(gòu)設計的合理性。比較設計的方法是通過在使用小高層住宅結(jié)構(gòu)分析軟件時，利用人工輸入的方式將不同的結(jié)構(gòu)選型與布置輸入到軟件中，將得出的方案進行相互比較，選擇其中結(jié)構(gòu)性能與布局最為合理的方案，進而達到結(jié)構(gòu)設計的最優(yōu)化[5]。

在比較設計方法中，雖然需要的人工成本、時間成本以及技術(shù)人員專業(yè)素質(zhì)較高，但依然是當下最合適的結(jié)構(gòu)設計方法，是一種對小高層住宅建設整體進行考慮的一種方法。

（二）性能分析法

性能分析法也是小高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)框架設計中常用的方法，此方法主要側(cè)重于小高層住宅的安全性方面，在實際使用中，需要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況進行合理的結(jié)構(gòu)選擇。

首先，在抗震性能上，由于小高層住宅對結(jié)構(gòu)抗震性的要求比較高，所以通過分析結(jié)構(gòu)設計方案的會造成的側(cè)向移動，來對其抗震性能進行比較，可以選擇出合理的結(jié)構(gòu)方案；抗震性能主要是通過結(jié)構(gòu)的剛度來體現(xiàn)的，在以5%的偶然偏心和雙向地震力作用的標準對設計的結(jié)構(gòu)進行分析后，可以得出不同結(jié)構(gòu)體系的側(cè)移大小，結(jié)果表明，剪力墻和框剪結(jié)構(gòu)剛度能夠滿足抗震性能的需求，且剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)于框剪結(jié)構(gòu)。

其次，就是用性能方面分析，剪力墻結(jié)構(gòu)存在著過多墻體造成的自重較大問題，致使其自身的地震作用較高，且原材料成本也會較高，對建筑的使用靈活會造成一定限制；而框架—剪力墻結(jié)構(gòu)則可以發(fā)揮剪力墻、框架結(jié)構(gòu)的變形性能，來提高其抗側(cè)能力，且其結(jié)構(gòu)比較合理，在住宅空間使用上更加靈活；但總體而言，純框架結(jié)構(gòu)或純剪力墻結(jié)構(gòu)對水平荷載的能力較強[6]。

結(jié)語：

隨著我國人民生活水平的不斷提高，對于小高層建筑的安全性與靈活性提出了更高的要求。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為小高層住宅建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式，在設計中除了遵循安全性原則，還需要考慮整體的性能與經(jīng)濟效益，比較選擇最合適的設計方案，進而實現(xiàn)小高層住宅建筑的安全適用。

參考文獻：

[1] 張桂霞.關(guān)于小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，10：172-172.

[2] 程亮亮.對小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計研究[J].建材與裝飾，2013，16：18-19.

[3] 黃勇.淺談小高層住宅鋼筋混凝土（框架）結(jié)構(gòu)設計策略[J].科技資訊，2008，34：76-76.

[4] 馬英.小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，5：188.

[5] 范娟娟，郭竟.淺談小高層住宅鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計策略[J].黑龍江科技信息，2014，17：171-171.

[6] 陽文輝，袁林新.小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟性能研究[J].山西建筑，2009，7：92-93.