探究小高层住宅结构设计
摘要:本文论述了小高层住宅结构设计中应特别重视规程中的有关结构设计的各条规定，对结构进行合理选型,运用计算手段对结构做出合理评价,合理调整，并以所做的工程为例对基础选型及竖向构件等设计做出简要介绍。
关键词:小高层；住宅；结构设计；基础
随着我国国民经济的持续快速的增长，人民生活水平不断提高，居民的居住面积和舒适度也不断提高。近期，小高层住宅在我国如雨后春笋般大量涌现，如何在设计过程中使结构方案经济合理已成当务之急。由于目前设计周期短任务重,大多数结构设计仅是根据已确定好的平面和竖向布置,先假定好构件尺寸,通过电算来调整结构的周期,位移,刚度比,稳定性等结构参数及梁柱配筋等,至于整个方案是否完善,构件尺寸是否假定太大,则不做仔细研究研究，很多时侯都会产生不必要的浪费，另外,住宅布置有时建筑考虑立面和内部空间,使结构布置产生许多不合理之处。例如:转角窗的布置,使框架角部不能布柱,大大削弱了结构的整体刚度;受建筑平面限制某些剪力墙布置不均匀,产生刚度偏心和扭转等,这些形式对结构受力及抗震均不利，因此我们设计时必须强调概念设计,在平面布置和构造设计上使结构更趋合理。
1．小高层住宅结构设计的总体指标控制
计算判断结构抗震是否可行的主要依据是在风荷载和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，结构的振型曲线，自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。譬如说若刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，影响建筑物的使用。合理的刚度是多少，建议对于小高层住宅μ/H取1/2500-1/3500，刚重比在10-15之间是比较合理的。周期约为层数的0.06-0.08倍之间。而对结构布置扭转的控制：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。当然建议对于顶层构件可不考虑在内，否则很难满足上述指标。另外地震效应是与建筑物质量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效措施.高层建筑中质量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,还由于地震作用倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力,P-△效应造成附加弯矩更大.因此,在小高层建筑房屋中,结构构件宜采用高强度材料,非结构构件和围护墙体应有用轻质材料。减轻房屋自重，既减小了竖向荷载作用下构件的内力，使构件截面变小，又可减小结构刚度与地震效应，不但能节省材料，降低造价，还能增加使用空间。
对于小高层住宅结构而言，在结构选型上应注意以下几点:
1.1结构的规则性
《抗规》、《高规》在这方面要求了相当多的限制条件，例如:平面规则性信息、竖向抗侧力、刚度变化宜均匀等，而且，《抗规》采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构的规则性问题对整个结构设计是很重要的。
1.2上部结构嵌固端的设里
由于小高层住宅一般都带有一层或一层以上的地下室或人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，我们在嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性等问题上都要认真考虑，不得忽视。
1.3短肢剪力墙的设计
由于目前的住宅内部空间以及美观的要求，以及建筑造价经济合理的要求，从而对结构体系的要求也随之提高，剪力墙结构(含部分短肢剪力墙)就是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。剪力墙结构(含部分短肢剪力墙)能够较好地完成建筑要求，并且较为经济合理。
2．小高层住宅结构设计的基础设计
高层建筑基础设计一直是结构工程师极其重视和非常关键的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时也是影响整个工程造价的决定性因素之一。研究地基基础对建筑抗震能力的影响，作出恰当的选择，已成为高层建筑结构设计的重要部分，基础是房屋的根基，是房屋中极为重要组成部分，一幢房屋如果没有一个坚实可靠的基础，再好的上部结构也不可能正常发挥其作用，甚至可能导致上部结构的破坏与倾斜。基础类型的选择往往比上部结构选型更困难。影响因素更多，因此也更要谨慎。高层建筑的基础类型，应根据地基的性质，结构类型，荷载特点，施工条件等因素综合考虑。目前的小高层由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。如何对基础进行合理选型，将对整个地下室设计的经济性产生重要影响。基础选型应作方案比较，才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值，则应考虑桩冲切，角桩冲切，墙冲切及板配筋等多方面的因素。另外，筏板长度的设置也须我们研究探讨，由于考虑地下室的使用合理性，常规我们采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝，后浇带的作用是明显的，但也给施工带来了不少麻烦，甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。如何对桩进行合理选型，将对整个地下室设计的经济性产生重要影响。笔者认为基础选型要做具体的方案分析比较，才能选定经济合理的基础形式。
3．小高层住宅结构设计的剪力墙设计
3.1剪力墙的布置：剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且X，Y两向的刚重比接近。在结构布置应避免一字形剪力墙，若出现则应布置成长墙（h/w>）8；应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上,若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱,当梁高大于墙厚的2.5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件两个方向均应布置成长墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍以下为短墙，大于8倍则为普通墙，这就引起高厚比为7.9倍及8.1倍的两种墙的受力特性截然不同，而配筋亦大相径庭，这显得比较机械而不合理，因此建议布置长墙时高厚比能大于9。
3.2剪力墙的配筋及构造：对于小高层住宅来说,剪力墙是面广量大的，因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。剪力墙墙体配筋（以200厚墙体为例）一般要求水平钢筋放在外侧,竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。建议加强区Φ10@200，非加强区Φ8@200双层双向即可，双排钢筋之间采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墙体配筋则另当别论。因为地下部分墙体配筋大多由水压力，土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，此种情况下为增大计算墙体有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6条规定：迎水面保护层应大于50mm，且在保护层内按《混凝土结构设计规范》第9.2.4条规定增设双向钢筋网片。在这种情况下，很多设计人员在进行外墙裂缝验算时有效截面高度仍按保护层50mm计算，认为是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度至少可按30mm来取值，这对节省墙体配筋效果相当明显。
3.3剪力墙按规范应设置边缘构件。一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件;其余剪力墙应按《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件。笔者结合本工程就构造边缘构件的配筋作一点讨论，首先要区分剪力墙的受力特性及类别，即:普通剪力墙(长墙)，短肢剪力墙。对于普通剪力墙，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7%，一般部位0.5%。对于短肢剪力墙，应按《高规》第7.1.2条控制配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%；对于小墙肢其受力性能较差，应严格按高规控制其轴压比，宜按框架柱进行截面设计，并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%，一般部位1.0%。
3.4剪力墙中的连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的;但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗洞口底，有时连梁高度则太高，这样高跨比也太大，并且与计算模型不符，相应配筋亦较大，不太合理。笔者建议，连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面，对于窗洞楼面至窗台部分可用陶粒砌块或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加一根梁，两根梁之间用陶粒砌块填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平钢筋。
3.5剪力墙的楼层处均设置暗梁。剪力墙结构虽然没有这方面的规范性强制要求，但在墙板交接处设置暗梁对加强结构的整体性还是有益处的。笔者认为，在楼层位置设置暗梁是有必要的，但没有必要设置太大断面及配筋。
总之，小高层设计时，做好概念设计，根据房屋的建造地点，平立面体形，层数多少，在满足安全性、耐久性与舒适性要求的前提下采用合理的结构体系。在构件设计中精打细算，严格执行规范构造要求对于整个建筑物，保证安全，降低造价影响巨大，这也是我们在今后设计中不断提高及改进的。
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