小高層建筑鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高層建筑從建筑功能、體系、高度等方面都在不斷地變化。高層建筑具有占地面積小，節(jié)省公用設(shè)施投資，改變城市面貌等優(yōu)點(diǎn)，滿足了城市因人口集中、用地緊張及商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的需求。

　　《智能建筑與智慧城市》創(chuàng)刊于1994年，國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行(國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN10-1392/TU;國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN2096-1405;郵發(fā)代號(hào)：82-729)。由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主管、中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)主辦、中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)工程智能設(shè)計(jì)分會(huì)和中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院協(xié)辦的綜合性專業(yè)技術(shù)刊物，是國(guó)內(nèi)第一本智能建筑行業(yè)期刊。

　　1 框架結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)

　　1.1建筑平面布置靈活，使用空間大。

　　1.2延性較好。

　　1.3整體側(cè)向剛度較小，水平力作用下側(cè)向變形較大(呈剪切型)，所以建筑高度受到限制。

　　2 小高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

　　2.1框架-剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來(lái)代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時(shí)，框架和剪力墻通過(guò)有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架-剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架-剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

　　2.2剪力墻體系。當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。

　　2.3筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱為筒體體系，包括單筒體、筒體-框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。

　　3 小高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵因素

　　3.1 水平荷載成為決定因素。一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面，對(duì)某一定高度樓房來(lái)說(shuō)，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

　　3.2 軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大;還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整;另外對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。

　　3.3 側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

　　3.4 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對(duì)于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　4 小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

　　4.1 水平荷載逐漸成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);而在小高層住宅中，盡管豎向荷載仍對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生著重要影響，但水平荷載將成為控制因素。對(duì)某一特定建筑來(lái)說(shuō)，豎向荷載大體上是定值;而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。

　　4.2 軸向變形不容忽視 對(duì)于采用框架體系或框架一剪力墻體系的小高層住宅，框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，這就使得中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí)，此種差異軸向變形將會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座產(chǎn)生沉陷，使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。

　　4.3 側(cè)移成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制指標(biāo) 與低層住宅不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移己成為小高層住宅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。隨著房屋高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移一般與房屋高度H的四次方成正比。在設(shè)計(jì)小高層住宅時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，而且還要有足夠的抗側(cè)移剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移控制在一定的范圍內(nèi)。這是因?yàn)?①過(guò)大的側(cè)移會(huì)使人不舒服，影響房屋的正常使用。②過(guò)大的側(cè)移會(huì)使隔墻、圍護(hù)墻以及它們的高級(jí)飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞，也會(huì)使電梯軌道變形而導(dǎo)致不能正常運(yùn)行。③過(guò)大的側(cè)移會(huì)因P一△效應(yīng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，甚至因側(cè)移與附加內(nèi)力的惡性循環(huán)導(dǎo)致建筑物的倒塌。

　　4.4 結(jié)構(gòu)延性是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo) 相對(duì)于低層住宅而言，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(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏?lái)保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　5 結(jié)構(gòu)計(jì)算的假定

　　在高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的計(jì)算中，為使計(jì)算簡(jiǎn)化，突出主要影響因素，忽略次要影響因素,做如下假定：

　　5.1 彈性工作狀態(tài)假定

　　此假定認(rèn)為，結(jié)構(gòu)在永久作用和可變作用下，從整體上看處于彈性工作狀態(tài)，其內(nèi)力與位移可按彈性方法計(jì)算。但對(duì)于框架梁及連梁等構(gòu)件，可考慮局部塑性變形引起的內(nèi)力重分布。

　　5.2 平面結(jié)構(gòu)假定

　　實(shí)際上，任何建筑結(jié)構(gòu)都是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)。但為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)規(guī)則的框架、剪力墻及框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，可將結(jié)構(gòu)沿兩個(gè)正交主軸劃分為若干個(gè)平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)(此抗側(cè)力結(jié)構(gòu)在自身平面外剛度很小，可以忽略)，每個(gè)主軸方向的水平荷載與地震作用由該方向的平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)承擔(dān)，垂直于該方向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不參加工作。

　　5.3 剛性樓面假定

　　各平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)之間通過(guò)樓板互相聯(lián)系并協(xié)同工作。一般情況下，可認(rèn)為樓板在自身平面內(nèi)為絕對(duì)剛性，不產(chǎn)生撓曲變形，在自身平面外剛度很小，可不予考慮。按此假定，在不考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)，同一樓面標(biāo)高處結(jié)構(gòu)側(cè)移相同;考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)，同一樓面標(biāo)高處結(jié)構(gòu)側(cè)移呈線性分布。

　　為保證樓面在平面內(nèi)的剛度，在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。但當(dāng)樓面有大開孔、較長(zhǎng)的外伸段、建筑平面較長(zhǎng)或?yàn)椴灰?guī)則的底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層樓面，以及樓面的整體性較差時(shí)，宜對(duì)采用剛性樓面假定的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整或在計(jì)算中考慮樓面在自身平面內(nèi)撓曲變形的影響。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平進(jìn)一步提高，用戶對(duì)住宅的功能提出更高的要求，人們希望建筑物在使用過(guò)程中具有更大的靈活性，能夠適應(yīng)多功能變換的需求。只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)秀作品。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]蔣魯蓉.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題的初步探討[J].山西建筑， 2008.(01).

　　[2] 梅洪元,付本臣.中國(guó)高層建筑創(chuàng)作理論發(fā)展研究,高層建筑與智能建筑國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì),2002.

　　[3]覃力,高層建筑設(shè)計(jì)的一種傾向--大規(guī)模高層建筑的集群化和城市化, 高層建筑與智能建筑國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì),2002.