对某小高层住宅结构设计的探讨

1、对某小高层住宅结构设计的探讨摘要：笔者结合多年从事结构设计的经验以某小高层住宅工程实例进行了论述，介绍了钢筋混凝土异形柱框架剪力墙结构设计要点、构造情况及设计方法。以供参考。关键词：小高层住宅；结构设计；探讨前言 高层结构一般采用钢筋混凝土框架结构或框架剪力墙结构，但框架矩形柱用于住宅时，带来很多不便。为避免框架柱在室内凸出，少占建筑空间，改善建筑观瞻，近年来设计建造了不少钢筋混凝土异形柱框架结构或框架剪力墙结构的小高层住宅(主要是指层数15层及以下并适用于混凝土异形柱结构的高层住宅)。框架异形柱结构是以L形(一般用于角柱)、T形(一般用于边柱)、十字形(一般用于内柱)的异形截面柱代替一般框架

2、柱作为竖向支承构件而构成的结构。由于框架异形柱的截面较小，即使加强了配筋也难免混凝土早期压碎，纵向钢筋压曲的脆性破坏形态，而且节点配筋困难，因此异形柱结构的房屋高度受到严格的控制，适用的房屋最大高度见表1。笔者以某四个单元的住宅工程中的一个单元结构为例，做进一步探讨。1工程概况该工程为一栋四个相同结构单元，长52.24m，宽17.84m，高35.40m，地上共12层，住宅层高3.00m，其中地面1层为2.4m无地下室，建筑面积8922m2。上部为钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构，下部为独立基础及局部筏板基础，基础置于天然地基上，天然地基为强风化灰岩，地基承载力特征值为400 kPa。本工程抗震

3、设防烈度为6度，抗震等级为三级。混凝土强度等级：基础C30，一五层C35，五层以上C30。纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋。标准层单元平面如图1所示。图1标准层单元平面(单位： mm )表1异形柱结构适用的房屋最大高度 m结构体系非抗震设计抗震设计6度7度8度0.05g0.10g0.15g0.20g框架结构2424211812框架-剪力墙结构45454035282结构布置剪力墙的设置除了满足结构本身的要求外还要配合建筑及设备专业。由于本住宅无设备层，在楼电梯间四周设剪力墙以暗埋设备管道。剪力墙厚度除楼梯间外墙为250mm外其余均为200mm。为了使建筑质心与刚度中

4、心尽量接近，提高建筑物在地震作用下的抗扭能力，在每个单元范围内纵横两个方向设置了3道剪力墙。经过调整后，结构的形心与质心接近重合，x方向形心与质心重合，y方向差ey=260mm。框架异形柱设置在房屋周边。由于框架异形柱的塑性较差，其断面的确定原则如下。(1)满足轴压比要求(T形为0.70，L形为0.65)。(2)避免短柱，框架异形柱要求柱的净高与柱截面长边尺寸之比宜大于4。(3)满足建筑平面的要求。为了避免短柱，在确定框架异形柱断面之前应先确定框架梁的高度，本住宅大部分房间(卧室，门厅)的进深为4.8m，梁高定为400mm，梁宽：内梁为200mm，外边梁为250mm。根据梁的高度，框架异形柱的

5、边长确定为600mm。标准层单元结构平面见图2。图2标准层单元结构平面(单位： mm )3结构计算钢筋混混凝土框架-抗震墙结构计算采用SATWE软件，并用TAT软件进行复核。荷载包括静荷载、风荷载和地震荷载，由程序自动计算。计算结果如下。(1)结构的自振周期为T1=0.55 s，T2=0.47 s，T3=0.42 s。考虑双向地震作用下及偶然偏心(±5% )地震作用下：x方向的最大位移2.96mm，x方向最大层间位移0.26mm。x方向最大层间位移与平均层间位移的比值1.10。y方向的最大位移4.52mm，y方向最大层间位移0.38 mm。y方向最大层间位移与平均层间位移的比值1.1

6、8。(2)风荷载作用下：x方向的最大位移2.65mm，y方向的最大位移4.02mm，最大层间位移0.21mm。(3)比较风荷载与地震作用，按地震作用下产生的较大侧移变形计算，楼层层间相对位移为u /h=1/3 950<1/800。(4)结构以扭转为主的最大周期为TT=T3=0.42s，TT/T1=0.76。可以看出由整个结构刚心与质心偏差造成的扭转效应不大。4框架异形柱的构造小高层框架异形柱的构造要比一般高层框架柱要求严格，与本工程的主要设计参数表现在以下几个方面：(1)异形柱截面的肢厚不应小于200mm，肢长不应小于500mm。(2)框架梁的高度不宜小于400mm，框架梁的截面宽度不宜

7、小于截面高度的1/4及200mm。(3)异形柱的钢筋应满足下列要求：在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，其直径不应小于14mm，且不应大于25mm。纵向钢筋间距：三级抗震等级不宜大于200mm。当纵向受力钢筋的间距不能满足要求时，应设置纵向构造钢筋，直径不应小于12mm，并应设置拉筋，拉筋间距与箍筋间距相同。异形柱纵向受力钢筋之间的净距不应小于50mm。柱肢厚度为2002 500mm时，纵向受力钢筋每排不应多于3根。异形柱箍筋加密区箍筋的肢距：三级抗震等级不宜大于200mm，每隔一根纵向钢筋宜在两个方向均有箍筋或拉筋。异形柱断面见图3。图3异形柱断面(单位：mm )5与短肢剪力墙结构的比

8、较异形柱框架-剪力墙结构与短肢剪力墙结构是两种相近的结构形式，具有可比性。异形柱和短肢剪力墙的断面均不规则，抗震性能相对较差，但是房屋周围布置异形柱或短肢剪力墙，主要承受竖向荷载，房屋中间的楼电梯间布置剪力墙，主要承受水平地震力，组成内剪外框的结构形式，则具有较好的抗震性能。结合本工程对异形柱框架-剪力墙结构与短肢剪力墙结构进行比较。由于短肢剪力墙的截面积要大于异形柱的截面积，所以在适用范围及抗震性能方面，短肢剪力墙结构要大于及优于异形柱框架-剪力墙结构。但在结构布置方面，异形柱框架剪力墙结构比短肢剪力墙结构灵活;在经济性方面，异形柱的截面积要小于短肢剪力墙结构的截面积，结构造价低，经济性更好。通过以上比较，可以得出结论，对本工程这样一个在低烈度区的小高层住宅结构而言用异形柱框架-剪力墙结构是较优的。结束语通过对以上设计问题