简析小高层住宅结构体系

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-11-02 10:11 关注：(1)

　　摘要：通过小高层住宅结构体系的论述，对3种结构体系进行分析比较。

　　关键词：小高层住宅;结构体系;异形柱框架剪力墙

　　Abstract: through the small high-rise residential structure of the system are discussed in three structural system carries on the analysis comparison.

　　Keywords: small high-rise residential; Structure system; Unusual column frame shear wall

　　中图分类号：TU973+.19 文献标识码：A 文章编号：

　　0 引言

　　目前，国家住宅规范中规定，中高层住宅为7～9层的住宅，高层住宅为10层及以上的住宅。对于层数为7～ll层的住宅，它们具有共同的特点就是其平面布局类似于多层住宅，有载人电梯但无消防电梯，这类住宅摒弃了l2层以上高层住

　　宅的缺点，同时保持了多层住宅节约用地、接近自然的优势，同时具有良好的通风、采光、观景效果和良好的户内布局等优点，因此这类住宅更能满足人们的需求。中高层住宅常采用的结构体系有异形柱框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构和一般剪力墙结构，通过对中高层住宅的3种常用结构体系的论述，对其进行分析比较。

　　1 异形柱框架剪力墙结构

　　异形柱是指截面形式为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高与肢厚的比值不大于4的柱。当楼层较多时，异形柱往往因柱截面、轴压比、抗侧刚度的影响，难以满足要求。此时常用的做法是增大异形柱的肢长，使柱肢高宽比大于4.0，演变为短肢剪力墙，或者与短肢剪力墙一起使用，使结构变为异形柱框剪结构。异形柱结构的一个独立单元内，结构的平面形状宜简单、规则、对称，减少偏心，刚度和承载力分布均匀。异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通;异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐。对异形柱结构中处于受力复杂、不利部位的异形柱宜采用一般框架柱，改善结构的整体手里性能。异形柱

　　框架剪力墙结构中的剪力墙间距不宜太大，当剪力墙之间的开洞较大时，剪力墙的间距宜适当减小。结构竖向布置时要求立面及剖面规则、均匀，避免过大的外挑和内收;结构的侧向刚度沿竖向宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力沿竖向的突变，竖向结构构件的截面尺寸和材料强度不宜在同一楼层变化;异形柱框架剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。试验研究及理论分析表明：异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载作用方向不同而有较大的差异。在T形、L形和+形3种异形柱中L形柱差异最为显著。这种由于荷载作用不同方向而导致内力变化差异，还与结构平面形状，结构布置及柱所在的位置等因素有关。优选对称性好的截面，能使整个结构的平面和刚度均匀对称，避免扭转对结构受力的不利影响，保证结构的整体抗震性能。

　　2 短肢剪力墙结构

　　短肢剪力墙属于剪力墙结构，根据JGJ3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》，短肢剪力墙是指墙肢截面高度和厚度之比为5～8的剪力墙。高层住宅不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构，在楼梯、电梯间等位置处设置筒体或一般

　　剪力墙，与外围部分的竖向构件，在间隔墙交接处布置适量的短肢剪力墙共同抵抗水平力。短肢剪力墙形式为L形和T形，也有少量的十字形、Z字形、一字形。各墙肢间布置框架梁或连梁把短肢剪力墙和核心筒连成一个整体。短肢剪力墙结构的布置时要求：① 内外剪力墙应尽量拉通，对直，平面布置上宜周边布置均匀，增大房屋的外围刚度，从而减小结构的扭转周期;要求每片剪力墙的抗侧刚度相差不大，避免出现刚度特大的剪力墙造成受力过于集中;对称布置有利于使结构的质心和刚心重合，可以减少建筑物受到的扭矩;纵横向剪力墙宜合并布置成T形、L形、)形、+形，以使纵墙可以作为横墙的翼缘，横墙可以作为纵墙的翼

　　缘，提高其承载力和刚度。短肢剪力墙宜布置在房间分隔墙的交点处且竖向荷载较大处，短肢剪力墙宜设置翼缘，满足竖向荷载和抗侧力的需要。②在竖向布置上剪力墙应连续，剪力墙的洞口宜上下对齐，成列布置，使剪力墙形成明确的墙肢和连梁，成列开洞的抗震墙传力途径合理，受力明确。不宜采用错洞墙。③在外凸部分、平面外边缘和角点处，应力集中的部位，设置短肢剪力墙时要满足平面刚性和抗扭的要求，这些部位都是整个结构体系抗震比较薄弱的部位，当存在扭转效应时，这些部位的墙肢容易先开裂，因此在这些部位应加强抗震构造措施，例如采取减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率等方法。④剪力墙的门窗洞口宜规则，均匀布置，上下对齐，形成明确的墙肢和连梁，应避免各墙肢间刚度相差悬殊。⑤一字形短肢剪力墙延性及平面外稳定性十分不利，因此不宣布置单侧楼面梁与之平面外垂直或者斜交。同时剪力墙的布置并不是越多越好，因为布置过

　　多的剪力墙虽然结构刚度增大，能抵御很大的地震力，但在使用功能上有时很不方便，且结构自重将明显增加，造成结构和基础材料的过多消耗。因此，在短肢剪力墙的布置中，初始墙率的选取极为重要 以七度抗震设防地区短肢剪力墙结构体系(墙厚200 mm)墙率的范围为4.5%～6.0%较合适。结构的刚重比和剪重比均随着墙厚的增加而增大，这说明增加墙厚可以提高结构的安全性和稳定性。增加结构的墙肢长度也可以提高结构的抗侧移刚度。墙肢长度对最大层间位移角的影响要比墙厚的影响更为显著。墙肢总长度的增加可以提高结构的安全性和稳定性，同时可以发现随着墙肢长度的增加，最大层间位移角均出现在建筑

　　物的中间偏下部位，设计中可适当增强中间偏下楼层的刚度来减小结构的侧移，以使结构体系更加合理。墙厚、墙肢长度增加还应考虑地震剪力问题。当墙肢长度不变，墙厚增加或墙厚不变，墙肢长度增加时，虽然结构刚度增加，最大层间位移角减小，但地震剪力也同步增大，因此，墙厚、墙肢长度参数的选取须同时兼顾对结构刚度和地震反应两个方面的影响。同时可以发现改变混凝土强度等级，结构的抗侧移刚度变化并不多。

　　3 一般剪力墙结构

　　按照《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，剪力墙是指墙肢截面的高度与厚度之比大于8的剪力墙，而一般剪力墙结构就是指除短肢剪力墙以外的纯剪力墙结构。剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，避免仅单向有墙的结构布置形式。剪力墙墙肢截面宜简单、规则。剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙结构应具有延性，高宽比大于2的剪力墙属于弯曲破坏的延性剪力墙，可以避免脆性的剪切破坏，因此较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较为均匀的联肢墙或整体强，墙段之间宜采用连梁连接，墙肢截面高度不宜大于8 m。相对于其他结构形式，一般剪力墙结构的墙肢高度较大，平面内的刚度

　　和承载力大，而平面外刚度及承载力小，应沿梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗该墙肢平面外弯矩。一般剪力墙结构的布置原则、计算方法等与短肢剪力墙的类似。

　　4 结语

　　这3种结构体系运用到小高层住宅中各项技术指标都满足规范要求。3种结构体系中，一般剪力墙结构抗侧刚度最大，短肢剪力墙结构次之，异形柱框剪结构的最小。相比较而言，短肢剪力墙结构与一般剪力墙结构的自振周期较短，结构侧移较小，地震灾害损失的相对也较少。异形柱框架剪力墙结构的自振周期相比其他两种结构体系偏大，即结构偏柔，也就是说异形柱框剪力墙结构中剪力墙数量相对较少，这往往导致层间位移角等控制指标接近规范限值，而使结构没有足够的安全储备。同时当住宅层数较高时，异形柱框剪力墙结构体系中的异型柱轴压比往往较大，在设计时要特别注意异形柱的轴压比问题。《高层建筑混凝

　　土结构技术规程》目前只对一、二级地区剪力墙的轴压比作出规定，仍然没有对三级剪力墙结构的轴压比做出明确规定。只是在《高层建筑混凝土结构技术规程》7.1.2中规定了短肢剪力墙在抗震等级为三级时轴压比不能超过0.7。3种结构体系的最大层间位移角基本都出现在房屋的中间或偏下部位，相比较而言，短肢剪力墙结构体系更接近于中间，这说明短肢剪力墙结构体系的层间位移分布更加均匀，其整体抗震性能也更加均匀。地震作用在一般剪力墙结构中产生的地震力大于其他两种结构体系，这是由于其抗侧刚度最大所引起，相比于一般剪力墙结构体系，短肢剪力墙结构体系X、Y方向地震力大小更加接近，即两个方向上的抗侧刚度刚度相差不多。短肢剪力墙结构体系在x、Y两个方向上地震力及楼层剪力相差较小，而一般剪力墙结构体系和异形柱框架剪力墙结构体系两方向的最大楼层剪力和最大楼层地震力相差较大，说明短肢剪力墙结构体系的楼层地震力和层间剪力的分布更加均匀。在小高层住宅中将一般剪力墙结构与短肢剪力墙结构相比，可以发现前者的周期和水平位移都较小，但与短肢剪力墙结构相差并不很大。短肢剪力墙结构在X、Y方向上层间位移角、地震力和楼层剪力相差最小，即其整体抗侧刚度更均匀，抗震性能从均匀性上考虑与其他两种结构体系更优越。

　　参考文献：

　　[1]GB5001 1—2Ol0，建筑抗震设计规范[S].

　　[2]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S]

　　[3]JGJ149---2006，混凝土异形柱结构技术规程[s]