浅谈小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策略
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浅谈小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策 略
黄 赛凌 （ 侨鑫集团 公司 有限
摘要 ： 随着社会经济的繁荣 ， 我国小高层 建筑发展迅速。设计思想也在 情况下， 主要是应用小高层住宅结构 分析软件 ， 采用人工 分析进行 不断更新。 结构体系 日 多样化。 趋 小高层钢筋混凝土框架结构越来越广泛应 调整 ， 运用概念设计 的方法对不同的结构选型和布置 不断 的进行方 用于建筑中 ， 小高层钢筋混凝土框架结构设计有着光 明的应用前景。 国尚 案分析比较 ， 我 以获得比较理 想的结构 方案 ， 这是在结构设计 中最常
１４ ２
用的也是最简单 的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得 的方案是较合理 、 经济 的， 虽其费工费时、 对设计人员的素质要求较 高， 但这种依靠设计人员经验进行人工优化 的方法仍是当前所普遍 采用的主要方法。对于同一小 高层住宅方案 ， 以有许多不同的结 可 构（ 包括基础） 布置方案 ： 了结构布置的小高层住 宅物， 确定 即使在同 种荷载情 况下也存在 不同的分析方法： 分析过程 中设计参数、 材料 、 荷 载 的取 值 也 不 是 唯 一 的： 高层 住 宅 物细 部 的 处理 更 是 不 尽 相 同 小 等等 ， 这些问题 目前计算机是无法完全解决的 ， 都需要设计人 员自 己做 出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下 ， 根据工程 实践 经验 进 行 ， 便是 前 面所 说 的概念 设 计 。因此 ， 念 设 计 存在 于 这 概 设计师对 多种备选方案进行选择的过程中。 ３２性能分析 ＿ ３２１抗震性能分析 对 结构体系来说足够 的承载能 力和变形 ＿． 能力是两个同时需要满足 的条件。结合概念设计 的理念 ， 对上述两 种结构体 系进 对比分析 ， 电算程序可以采用中国建筑科学研 究院 编制 的结构 空 间 有 限元 分析 软 件 Ｓ Ｔ Ｅ 在 结构 设计 中 ， 仅 要 求 ＡＷ 。 不 结构具有足够 的承载能力， 还要求其有适当的刚度。高层结构的使 用功 能和安全与其侧移 的大小密切相 关 ，过大的侧 向变 形会 使隔 墙、 维护墙及其饰面材 料出现裂缝或损坏。结构分别按 考虑 ５ ％的 偶然偏 心和双 向地震力作用的不利情况计算 出各结构体 系层 间位 移角 ， 剪力墙结构小于框 剪结构 ， 但均小于规 范要求 ， 且富裕 量较 大， 说明两种结构体系满足刚度要求。 但就使用性能方面 ， 剪力墙 结构 由于墙体太多 ， 结构 自重大， 导 致 了较 大 的地 震作 用 ， 混凝 土 和 钢 材用 量 也 较 高： 时也 增 加 了基 础 同 工 程 的投 资 ， 且 限 制 了建 筑 上 的 灵 活使 用 。 而 框 架 一剪 力墙 结 构 而 的特点是平面 使用 灵活 ， 适用性强， 结构合理 ， 能使框架、 剪力墙两 种有着不 同变形性能的抗侧力结构很好地协 同发挥作用。在水平荷 载作用下 ，具 有较纯框架和纯剪 力墙结构 更为有利 的水平变形 曲 线。 由框 架 构 成 自由灵 活 的 使 用 空 间 ， 易满 足 不 同建筑 功 能 的要 容 求： 同时剪力墙具有相 当大的抗侧移刚度 ， 从而使框一剪结构具有较 好 的 抗 震能 力 ， 大 大减 少 了结 构 的 侧移 。 也 ３２２经济性比较 我们通过对三种钢筋混凝土住宅结构直接 ．． 费的计算 ， 发现三种钢筋混凝土住宅结构单位面积直接费相差 不是 很多， 其中短肢剪 力墙结构的单位面积直接费最 大， 框架一剪 力墙 结构 的单位 面 积 直 接费 最 小 ， 中短 肢 剪 力墙 结 构 的单 位 面 积 直接 其 费比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出 １ ．％， ２５ 比大开 间剪 力墙结构的单位面积直接费高 出 ７３ ，大开 问剪力墙结构的单位 ．％ 面积直接费 比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出 ４９ ．％。三 种钢 筋 混凝 土 住 宅结 构 的 次要 项 目造 价 基 本相 同。单位 面 积 造 价框 架一剪力墙结构的最小 ， 框架一剪力墙结构 的次之， 短肢剪 力墙 结 构的稍微较大 ， 三种结构体系直接费最大相差不到 ４ ５元 ， 元。 ｍ ４ 结 语 随着我国经济的发展 ， 民生活水平进一步 提高 ， 户对住 宅 人 用 的功能提出更高的要求 ， 人们希望建筑物在使用过程 中具有更大的 灵活性 ， 能够适应 多功能变换的需求。因此， 设计单位在拿到开发单 位的设计 意图后 ， 应本着经济 美观 ， 安全适用 的原则 多为社会设计 出 更好 的 产 品
未 形成 相 应 的 规范 ， 需 要进 行 大 量 的研 究 工 作 。 还 关键词： 小高 层 住 宅 钢筋混凝土 框 架 结 构
１小高层钢筋混凝土结构的住宅的基本结构形式 １１框架结构 框架结构 的特点是开 间大、 ． 灵活性好 、 抗震性能 较好 ， 造价较低 ， 由于柱截面 大于隔墙厚度 而造成柱角外凸， 但 影响 家具的布置和美观 ， 有时由于住宅中房间分隔的不规则性又造成柱 网的难 以布 置 。 １ ． ２框架一剪力墙结构 在框 架结构 中布置一定数量的剪力墙 就组成 了框架一剪力墙结构。它是小高层住宅中应用比较广泛 的一 种主体结构型式。其特点是平面灵活 ， 适用性强 ， 结构合理 ， 能使框 架、 剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。 １３ 大 开 间 剪 力墙 结 构 随着 时 代 的 发展 和 人 们 生 活 水 平 的 提 ． 高， 原来建造 的小开间剪力墙体 系住宅在建筑功能上的局 限性变得 日益 明显 。从 强 度 方 面看 ， 小开 间结 构 中 墙 体 的作 用 不 能 得到 充 分 的发 挥 ， 且 过 多 的 剪 力墙 布置 还 会 导 致 较 大 的地 震 力 ， 加 工 程 并 增 费用 ， 另外 ， 由于结构 自重较大 ， 也增加了基础 的投资 ， 因此 ， 大开问 剪 力 墙 应 运 而 生 。 承 重 墙 的 开 问 达 到 ４５ ７５ ，进 深 达 到 ．ｍ一 ．ｍ ７５ １ 室 内一般 无承重的横墙和纵墙 ， ．ｍ～ Ｊ ｍ， 可以按照住户的不 同要 求灵活分隔， 随着 家庭的变化还可重新布置。 １４短肢剪力墙 结构 短肢剪力墙 （ ． 墙肢截面高度 与厚度 之比 为 ５ ８的剪力墙 ） ～ 介乎干异形框架柱和 一般剪 力墙 之问 ， 由于 这种 结构体系在建筑功能、 结构形式、 投资效益、 节能指标等多方面 效果
良好 ， 己成 ／ 高层 住 宅 的主要 结 构 形式 。 Ｊ 、 ２ 小 高 层 住 宅钢 筋 混 凝 土结 构 设计 的 要 点
２１水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计 的控 制因素 在低 ． 层住 宅中， 往往是 以重力为代表 的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构 设计： 在小高层住宅 中， 管竖 向荷载仍对钢筋混凝土结构 设计 而 尽 产生着重要影响， 但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来 说 ， 向荷 载 大体 上是 定 值 ： 作 为水 平 荷 载 的风 荷 载 和地 震作 用 ， 竖 而 其 数 值是 随 动 力特 性 的 不 同而 有 较 大幅 度 的 变化 。 ２２轴向变形不容忽视 对于采用框架体 系或框架一剪力墙体 ． 系的小高层住宅，框架 中柱的轴压应 力往往大于边柱 的轴压应 力， 这就使得 中柱的轴 向压缩变形大于边柱 的轴向压缩变形。当房屋很 高时 ， 此种差异轴 向变形将会达到很大的数值 ， 其后果相 当于连续 梁 中间支座产生沉陷 ， 使连续梁 中间支座处 的负弯矩值减小 ， 跨中 正 弯 矩值 和 端 支座 负弯 矩值 增 大． ２ 侧移成 为钢筋混凝土结构设计 的控 制指标 与低层住宅不 ． ３ 同， 结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随 着 房 屋高 度 的增 加 ， 平荷 载 下结 构 的侧 移 变形 迅 速增 大 ， 水 结构 的顶 点侧 移一 般与 房屋 高 度 Ｈ的 四次 方成正 比。 设计 小高 层住 宅 时 ， 在 不 仅要 求结 构 具 有足 够 的强 度 ， 还 要 有足 够 的抗 侧移 刚度 ， 而且 使结 构 在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是 因为： ①过大的 侧移会使人不舒服 ， 影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、 围护墙以及它们 的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使 电梯轨道 变形 而导 致 不能 正 常运 行 。⑧ 过 大 的侧移 会 因 Ｐ一 △效 应使 结 构产 生附加内力 ， 因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。 甚至 ２４ 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层 ． 住宅而言 ， 小高层住宅更柔一些 ， 地震作用下 的变形就更大一些。 为 了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力 ，避免倒塌 ， 特 别需要在构造上采取恰当的措施， 来保证结构具 有足够的延性。 ３小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计 策略 ３１优化设计 的方法 当前 ，在无成熟的优化设计分析软件 的 ．
参考文献 ： … 蒋鲁蓉． 钢筋混凝 土框架结构设计有关问题 的初步探讨Ｉ】 ｌ Ｊ 山西建筑程全丰． 钢筋混凝土框 架结构设计的几个问题 分析 【 ． 日科苑． Ｊ 今 】
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黄 赛凌 （ 侨鑫集团 公司 有限
摘要 ： 随着社会经济的繁荣 ， 我国小高层 建筑发展迅速。设计思想也在 情况下， 主要是应用小高层住宅结构 分析软件 ， 采用人工 分析进行 不断更新。 结构体系 日 多样化。 趋 小高层钢筋混凝土框架结构越来越广泛应 调整 ， 运用概念设计 的方法对不同的结构选型和布置 不断 的进行方 用于建筑中 ， 小高层钢筋混凝土框架结构设计有着光 明的应用前景。 国尚 案分析比较 ， 我 以获得比较理 想的结构 方案 ， 这是在结构设计 中最常
１４ ２
用的也是最简单 的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得 的方案是较合理 、 经济 的， 虽其费工费时、 对设计人员的素质要求较 高， 但这种依靠设计人员经验进行人工优化 的方法仍是当前所普遍 采用的主要方法。对于同一小 高层住宅方案 ， 以有许多不同的结 可 构（ 包括基础） 布置方案 ： 了结构布置的小高层住 宅物， 确定 即使在同 种荷载情 况下也存在 不同的分析方法： 分析过程 中设计参数、 材料 、 荷 载 的取 值 也 不 是 唯 一 的： 高层 住 宅 物细 部 的 处理 更 是 不 尽 相 同 小 等等 ， 这些问题 目前计算机是无法完全解决的 ， 都需要设计人 员自 己做 出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下 ， 根据工程 实践 经验 进 行 ， 便是 前 面所 说 的概念 设 计 。因此 ， 念 设 计 存在 于 这 概 设计师对 多种备选方案进行选择的过程中。 ３２性能分析 ＿ ３２１抗震性能分析 对 结构体系来说足够 的承载能 力和变形 ＿． 能力是两个同时需要满足 的条件。结合概念设计 的理念 ， 对上述两 种结构体 系进 对比分析 ， 电算程序可以采用中国建筑科学研 究院 编制 的结构 空 间 有 限元 分析 软 件 Ｓ Ｔ Ｅ 在 结构 设计 中 ， 仅 要 求 ＡＷ 。 不 结构具有足够 的承载能力， 还要求其有适当的刚度。高层结构的使 用功 能和安全与其侧移 的大小密切相 关 ，过大的侧 向变 形会 使隔 墙、 维护墙及其饰面材 料出现裂缝或损坏。结构分别按 考虑 ５ ％的 偶然偏 心和双 向地震力作用的不利情况计算 出各结构体 系层 间位 移角 ， 剪力墙结构小于框 剪结构 ， 但均小于规 范要求 ， 且富裕 量较 大， 说明两种结构体系满足刚度要求。 但就使用性能方面 ， 剪力墙 结构 由于墙体太多 ， 结构 自重大， 导 致 了较 大 的地 震作 用 ， 混凝 土 和 钢 材用 量 也 较 高： 时也 增 加 了基 础 同 工 程 的投 资 ， 且 限 制 了建 筑 上 的 灵 活使 用 。 而 框 架 一剪 力墙 结 构 而 的特点是平面 使用 灵活 ， 适用性强， 结构合理 ， 能使框架、 剪力墙两 种有着不 同变形性能的抗侧力结构很好地协 同发挥作用。在水平荷 载作用下 ，具 有较纯框架和纯剪 力墙结构 更为有利 的水平变形 曲 线。 由框 架 构 成 自由灵 活 的 使 用 空 间 ， 易满 足 不 同建筑 功 能 的要 容 求： 同时剪力墙具有相 当大的抗侧移刚度 ， 从而使框一剪结构具有较 好 的 抗 震能 力 ， 大 大减 少 了结 构 的 侧移 。 也 ３２２经济性比较 我们通过对三种钢筋混凝土住宅结构直接 ．． 费的计算 ， 发现三种钢筋混凝土住宅结构单位面积直接费相差 不是 很多， 其中短肢剪 力墙结构的单位面积直接费最 大， 框架一剪 力墙 结构 的单位 面 积 直 接费 最 小 ， 中短 肢 剪 力墙 结 构 的单 位 面 积 直接 其 费比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出 １ ．％， ２５ 比大开 间剪 力墙结构的单位面积直接费高 出 ７３ ，大开 问剪力墙结构的单位 ．％ 面积直接费 比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出 ４９ ．％。三 种钢 筋 混凝 土 住 宅结 构 的 次要 项 目造 价 基 本相 同。单位 面 积 造 价框 架一剪力墙结构的最小 ， 框架一剪力墙结构 的次之， 短肢剪 力墙 结 构的稍微较大 ， 三种结构体系直接费最大相差不到 ４ ５元 ， 元。 ｍ ４ 结 语 随着我国经济的发展 ， 民生活水平进一步 提高 ， 户对住 宅 人 用 的功能提出更高的要求 ， 人们希望建筑物在使用过程 中具有更大的 灵活性 ， 能够适应 多功能变换的需求。因此， 设计单位在拿到开发单 位的设计 意图后 ， 应本着经济 美观 ， 安全适用 的原则 多为社会设计 出 更好 的 产 品
未 形成 相 应 的 规范 ， 需 要进 行 大 量 的研 究 工 作 。 还 关键词： 小高 层 住 宅 钢筋混凝土 框 架 结 构
１小高层钢筋混凝土结构的住宅的基本结构形式 １１框架结构 框架结构 的特点是开 间大、 ． 灵活性好 、 抗震性能 较好 ， 造价较低 ， 由于柱截面 大于隔墙厚度 而造成柱角外凸， 但 影响 家具的布置和美观 ， 有时由于住宅中房间分隔的不规则性又造成柱 网的难 以布 置 。 １ ． ２框架一剪力墙结构 在框 架结构 中布置一定数量的剪力墙 就组成 了框架一剪力墙结构。它是小高层住宅中应用比较广泛 的一 种主体结构型式。其特点是平面灵活 ， 适用性强 ， 结构合理 ， 能使框 架、 剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。 １３ 大 开 间 剪 力墙 结 构 随着 时 代 的 发展 和 人 们 生 活 水 平 的 提 ． 高， 原来建造 的小开间剪力墙体 系住宅在建筑功能上的局 限性变得 日益 明显 。从 强 度 方 面看 ， 小开 间结 构 中 墙 体 的作 用 不 能 得到 充 分 的发 挥 ， 且 过 多 的 剪 力墙 布置 还 会 导 致 较 大 的地 震 力 ， 加 工 程 并 增 费用 ， 另外 ， 由于结构 自重较大 ， 也增加了基础 的投资 ， 因此 ， 大开问 剪 力 墙 应 运 而 生 。 承 重 墙 的 开 问 达 到 ４５ ７５ ，进 深 达 到 ．ｍ一 ．ｍ ７５ １ 室 内一般 无承重的横墙和纵墙 ， ．ｍ～ Ｊ ｍ， 可以按照住户的不 同要 求灵活分隔， 随着 家庭的变化还可重新布置。 １４短肢剪力墙 结构 短肢剪力墙 （ ． 墙肢截面高度 与厚度 之比 为 ５ ８的剪力墙 ） ～ 介乎干异形框架柱和 一般剪 力墙 之问 ， 由于 这种 结构体系在建筑功能、 结构形式、 投资效益、 节能指标等多方面 效果
良好 ， 己成 ／ 高层 住 宅 的主要 结 构 形式 。 Ｊ 、 ２ 小 高 层 住 宅钢 筋 混 凝 土结 构 设计 的 要 点
２１水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计 的控 制因素 在低 ． 层住 宅中， 往往是 以重力为代表 的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构 设计： 在小高层住宅 中， 管竖 向荷载仍对钢筋混凝土结构 设计 而 尽 产生着重要影响， 但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来 说 ， 向荷 载 大体 上是 定 值 ： 作 为水 平 荷 载 的风 荷 载 和地 震作 用 ， 竖 而 其 数 值是 随 动 力特 性 的 不 同而 有 较 大幅 度 的 变化 。 ２２轴向变形不容忽视 对于采用框架体 系或框架一剪力墙体 ． 系的小高层住宅，框架 中柱的轴压应 力往往大于边柱 的轴压应 力， 这就使得 中柱的轴 向压缩变形大于边柱 的轴向压缩变形。当房屋很 高时 ， 此种差异轴 向变形将会达到很大的数值 ， 其后果相 当于连续 梁 中间支座产生沉陷 ， 使连续梁 中间支座处 的负弯矩值减小 ， 跨中 正 弯 矩值 和 端 支座 负弯 矩值 增 大． ２ 侧移成 为钢筋混凝土结构设计 的控 制指标 与低层住宅不 ． ３ 同， 结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随 着 房 屋高 度 的增 加 ， 平荷 载 下结 构 的侧 移 变形 迅 速增 大 ， 水 结构 的顶 点侧 移一 般与 房屋 高 度 Ｈ的 四次 方成正 比。 设计 小高 层住 宅 时 ， 在 不 仅要 求结 构 具 有足 够 的强 度 ， 还 要 有足 够 的抗 侧移 刚度 ， 而且 使结 构 在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是 因为： ①过大的 侧移会使人不舒服 ， 影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、 围护墙以及它们 的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使 电梯轨道 变形 而导 致 不能 正 常运 行 。⑧ 过 大 的侧移 会 因 Ｐ一 △效 应使 结 构产 生附加内力 ， 因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。 甚至 ２４ 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层 ． 住宅而言 ， 小高层住宅更柔一些 ， 地震作用下 的变形就更大一些。 为 了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力 ，避免倒塌 ， 特 别需要在构造上采取恰当的措施， 来保证结构具 有足够的延性。 ３小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计 策略 ３１优化设计 的方法 当前 ，在无成熟的优化设计分析软件 的 ．
参考文献 ： … 蒋鲁蓉． 钢筋混凝 土框架结构设计有关问题 的初步探讨Ｉ】 ｌ Ｊ 山西建筑程全丰． 钢筋混凝土框 架结构设计的几个问题 分析 【 ． 日科苑． Ｊ 今 】
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