淺談小高層住宅鋼筋混凝土框架結構設計策略

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論文關鍵詞:小高層住宅 鋼筋混凝土 框架結構

淺談小高層住宅鋼筋混凝土框架結構設計策略

論文摘要:隨著社會經濟的繁榮,我國小高層建築發展迅速。設計思想也在不斷更新。結構體系日趨多樣化。小高層鋼筋混凝土框架結構越來越廣泛應用於建築中,小高層鋼筋混凝土框架結構設計有著光明的應用前景。我國尚未形成相應的規範,還需要進行大量的研究工作。 

1 小高層鋼筋混凝土結構的住宅的基本結構形式 
  1.1 框架結構 框架結構的特點是開間大、靈活性好、抗震效能較好,造價較低,但由於柱截面大於隔牆厚度而造成柱角外凸,影響傢俱的佈置和美觀,有時由於住宅中房間分隔的不規則性又造成柱網的難以佈置。 
  1.2 框架一剪力牆結構 在框架結構中佈置一定數量的剪力牆就組成了框架一剪力牆結構。它是小高層住宅中應用比較廣泛的一種主體結構型式。其特點是平面靈活,適用性強,結構合理,能使框架、剪力牆兩種有不同變形效能的抗側力結構很好地協同發揮作用。 
  1.3 大開間剪力牆結構 隨著時代的發展和人們生活水平的提高,原來建造的小開間剪力牆體系住宅在建築功能上的侷限性變得日益明顯。從強度方面看,小開間結構中牆體的作用不能得到充分的發揮,並且過多的剪力牆佈置還會導致較大的地震力,增加工程費用,另外,由於結構自重較大,也增加了基礎的投資,因此,大開間剪力牆應運而生。承重牆的開間達到4.5m~7.5m,進深達到7.5m~1lm,室內一般無承重的橫牆和縱牆,可以按照住戶的不同要求靈活分隔,隨著家庭的變化還可重新佈置。 
  1.4 短肢剪力牆結構 短肢剪力牆(牆肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力牆)介乎於異形框架柱和一般剪力牆之間,由於這種結構體系在建築功能、結構形式、投資效益、節能指標等多方面效果良好,己成小高層住宅的主要結構形式。 
  
  2 小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的要點 
  2.1 水平荷載逐漸成為鋼筋混凝土結構設計的控制因素 在低層住宅中,往往是以重力為代表的豎向荷載控制著鋼筋混凝土結構設計;而在小高層住宅中,儘管豎向荷載仍對鋼筋混凝土結構設計產生著重要影響,但水平荷載將成為控制因素。對某一特定建築來說,豎向荷載大體上是定值;而作為水平荷載的風荷載和地震作用,其數值是隨動力特性的不同而有較大幅度的變化。 
  2.2 軸向變形不容忽視 對於採用框架體系或框架一剪力牆體系的小高層住宅,框架中柱的軸壓應力往往大於邊柱的軸壓應力,這就使得中柱的軸向壓縮變形大於邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時,此種差異軸向變形將會達到很大的數值,其後果相當於連續樑中間支座產生沉陷,使連續樑中間支座處的負彎矩值減小,跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。 
  2.3 側移成為鋼筋混凝土結構設計的控制指標 與低層住宅不同,結構側移己成為小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的關鍵因素。隨著房屋高度的增加,水平荷載下結構的側移變形迅速增大,結構的頂點側移一般與房屋高度H的四次方成正比。在設計小高層住宅時,不僅要求結構具有足夠的強度,而且還要有足夠的抗側移剛度,使結構在水平荷載下產生的側移控制在一定的範圍內。這是因為:①過大的側移會使人不舒服,影響房屋的正常使用。②過大的側移會使隔牆、圍護牆以及它們的高階飾面材料出現裂縫或損壞,也會使電梯軌道變形而導致不能正常執行。③過大的側移會因P一△效應使結構產生附加內力,甚至因側移與附加內力的'惡性迴圈導致建築物的倒塌。 
  2.4 結構延性是鋼筋混凝土結構設計的重要指標 相對於低層住宅而言,小高層住宅更柔一些,地震作用下的變形就更大一些。為了使結構在進入塑性階段後仍具有較強的變形能力,避免倒塌,特別需要在構造上採取恰當的措施,來保證結構具有足夠的延性。 
  3 小高層住宅鋼筋混凝土框架結構設計策略 
  3.1 優化設計的方法 當前,在無成熟的優化設計分析軟體的情況下,主要是應用小高層住宅結構分析軟體,採用人工分析進行調整,運用概念設計的方法對不同的結構選型和佈置不斷的進行方案分析比較,以獲得比較理想的結構方案,這是在結構設計中最常用的也是最簡單的優選或者說是優化方法。用概念設計的方法所得的方案是較合理、經濟的,雖其費工費時、對設計人員的素質要求較高,但這種依靠設計人員經驗進行人工優化的方法仍是當前所普遍採用的主要方法。對於同一小高層住宅方案,可以有許多不同的結構(包括基礎)佈置方案;確定了結構佈置的小高層住宅物,即使在同種荷載情況下也存在不同的分析方法;分析過程中設計引數、材料、荷載的取值也不是唯一的;小高層住宅物細部的處理更是不盡相同等等,這些問題目前計算機是無法完全解決的,都需要設計人員自己做出判斷。而判斷只能在結構設計的一般規律指導下,根據工程實踐經驗進行,這便是前面所說的概念設計。因此,概念設計存在於設計師對多種備選方案進行選擇的過程中。

3.2 效能分析