小高層建筑結構型式的探討

摘 要 通過工程實例對目前較為普遍的小高層住宅的結構體系進行適用性、經濟性、抗震性能等幾方面的比較，并論述了各種結構型式的優缺點，對工程同行及業主在結構方案設計階段確定結構選型時，具有較高的參考價值。

關鍵詞 小高層住宅 適用性 經濟性 抗震性能

對小高層住宅的結構設計，首先擺在結構工程師面前的是結構選型的問題，到底何種結構體系在適用性、經濟性、安全性等幾方面為最佳，筆者就以某住宅為例，對目前普遍采用的幾種結構形式進行分析比較，以拋磚引玉，為同行和業主在結構方案設計階段確定結構選型時，提供參考。

一、結構方案概述

某小區的某幢住宅，十二層，沒有地下室，一梯兩戶兩單元，對稱結構，層高均為2.9m，建筑物總高度34.80m，長34.20m，寬14.70m，每層面積490㎡，總面積5880㎡，抗震設防烈度為6度，場地土類別為三類，基本風壓0.60Kn/㎡。采用\"多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件（SATEW）\"程序及有關規范對不同的結構方案進行計算并分析比較。

1、框架結構

框架結構適用于體型較規則、剛度較均勻的建筑物。由于其抗側剛度較差，使用高度受限制，因此在地震區多用于多層及小高層結構。在8度設防區，對于一般民用建筑，不宜超過5層，總高度不宜超過20m。填充墻可采用輕質隔墻，也可以將一部分砌體墻改成輕鋼龍骨石膏板墻，以減輕結構自重。框架結構布置靈活，具有較大的室內空間，層高可以做的較高，使用較為方便。但內突的框架柱直接影響到戶型的使用面積及家俱布置，室內框架梁和次梁比較占用豎向空間，做室內裝修時此處需要格外處理。

2、異形柱框架結構

這種結構體系是框架結構的一個派生結構形式。異形柱的截面形式一般采用L形、T形、十字形。異形柱框架結構除了具有普通框架結構的特點外，與墻同寬的異型柱很好地解決了建筑平面使用問題。根據行業標準《砼異形柱結構技術規程》JGJ149-2006第3.1.2條抗震設計為6度時，異形柱結構適用房屋最大高度為24m，本工程建筑總高度為34.80m，故不宜采用異形柱框架結構。

3、框架-剪力墻結構

框架結構中應有足夠數量的剪力墻，且應滿足在基本振型地震作用下框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結構總傾覆力矩的50%，組成框架-剪力墻結構體系。最大適用度可比框架結構適當增加。框架主要承受豎向荷載和部分側力，剪力墻可以采用單片墻體，也可以是電梯井、樓梯井、管道井。框架與剪力墻共同工作，提高了結構的剛度，減小了層間位移和頂點位移，框架-剪力墻結構屬于雙重抗側力體系，具有多道抗震防線，是一種經濟有效的抗風和抗震結構體系。這種結構既具有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又具有較大的剛度和較強的抗震能力。但同樣具有框架結構的一些使用缺陷。

4、異形柱框架-剪力墻結構

這種結構體系是框架-剪力墻結構的一個派生結構形式。在6度設防區，異形柱框架-剪力墻結構的最大適用高度可達到45m。本方案如采用異形柱框架-剪力墻結構，框架的抗震等級比普通框架-剪力墻結構中的框架抗震等級要提高一級。受力體系與抗震工作原理同框架-剪力墻結構相似，但與墻同寬的異形柱能更好地解決建筑平面的使用問題。

5、普通剪力墻結構

剪力墻結構是截面高度大而厚度相對較小的片狀結構。，剪力墻具有承載力大、平面內剛度大等優點。現澆剪力墻結構施工簡單，沒有突出墻面的梁柱，深受用戶和設計師的歡迎。非常適合高層住宅，且在三十層左右的住宅中應用特別廣泛。本案例總高度34.80m，抗震設防烈度為6度，若采用純剪力墻結構，造價相對要高一些，如果業主沒有特殊要求不作為首選結構類型。

6、短肢剪力墻結構

此方案的特點是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構，根據建筑平面布置，在建筑物轉角處布置各種形式的短肢墻，主要形式有：-型、Y型、+型、T型、Z型、Y型等。因采用這種結構體系時，可將中部的電梯間、樓梯間和管道井四周的剪力墻組成筒體結構，四周布置短肢剪力墻，也可根據需要布置一些長肢墻。當短肢剪力墻滿足水平地震剪力和保證抗震構造措施時，具有較好的抗震性能。短肢剪力墻結構有利于住宅建筑布置又可減少結構自重，基本上能根據建筑的要求布置豎向受力構件。短肢剪力墻結構在高地震區應用經驗不多，但在低地震區應用越來越廣泛。

二、計算結構的比較

對以上所述五種結構形式，統一采用\"建科院SATEW\"進行計算。根據計算結果可以得出以下結論：

1、地震周期

框架結構最大，短肢剪力墻結構最小，異形柱-剪力墻結構次之，其余結構相差不大。顯然這是與結構的剛度有直接關系。

2、水平地震剪力

框架結構最小，短肢剪力墻結構最大，異形柱-剪力墻結構次之，其余結構相差不大。這與結構的地震周期是一致的。

3、最大層間位移

框架結構最大，短肢剪力墻結構次之，其余結構相差不大。這與結構的剛度是一致的。

4、結構自重

框架結構最大（8300t），其余結構相差不大。活荷載約（600t）相差不大。恒載占總重量的93%以上，可不考慮活荷最不利組合。

5、砼用量

短肢剪力墻結構與異形柱剪力墻結構較大（約146m3），期余結構相差不大（約131m3）。相差民146/131=1.1倍。

6、鋼筋用量

短肢剪力墻結構與異形柱-剪力墻結構較大（約18.5t），其余結構相差不大（約16.0t）。相差了18.5/16=1.15倍。這是由于前者結構的最小配筋率要求較高。

7、工程造價

短肢剪力墻結構與異形柱-剪力墻結構構較大（448元/㎡），框架結構最小（約391元/㎡）。這是由于短肢剪力墻結構與異形柱-剪力墻結構砼用量和用鋼量均較高。

三、結論

對以上各類結構形式進行分析比較，各種類型均有優缺點，設計人員應根據建筑物所處的地區、業主的要求以及地質條件在滿足國家規范及強制性條文的情況下選擇合適的結構類型。

作者簡介 ：李慧嬌，性別，女