小高層建筑鋼筋砼框架結構設計

　　隨著社會經濟的發展和科學技術的進步，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，節省公用設施投資，改變城市面貌等優點，滿足了城市因人口集中、用地緊張及商業競爭的需求。

　　《智能建筑與智慧城市》創刊于1994年，國內外公開發行(國內統一刊號：CN10-1392/TU;國際標準刊號：ISSN2096-1405;郵發代號：82-729)。由住房和城鄉建設部主管、中國勘察設計協會主辦、中國勘察設計協會工程智能設計分會和中國電子工程設計院協辦的綜合性專業技術刊物，是國內第一本智能建筑行業期刊。

　　1 框架結構體系的特點

　　1.1建筑平面布置靈活，使用空間大。

　　1.2延性較好。

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

　　2 小高層建筑的結構體系

　　2.1框架-剪力墻體系。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架-剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協同工作的結構體系。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。剪力墻的設置，增大了結構的側向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內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。當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，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構，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系，能建高度大于框架或框架-剪力墻體系。

　　2.3筒體體系。凡采用筒體為抗側力構件的結構體系統稱為筒體體系，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件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結構單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。

　　3 小高層建筑結構設計的幾個關鍵因素

　　3.1 水平荷載成為決定因素。一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎構件中引起的軸力，是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面，對某一定高度樓房來說，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，其數值是隨結構動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，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大;還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整;另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安全的結果。

　　3.3 側移成為控制指標。與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

　　3.4 結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

　　4 小高層住宅鋼筋混凝土結構設計的要點

　　4.1 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，盡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。對某一特定建筑來說，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。

　　4.2 軸向變形不容忽視 對于采用框架體系或框架一剪力墻體系的小高層住宅，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，這就使得中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種差異軸向變形將會達到很大的數值，其后果相當于連續梁中間支座產生沉陷，使連續梁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。

　　4.3 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范圍內。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過大的側移會使隔墻、圍護墻以及它們的高級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運行。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循環導致建筑物的倒塌。

　　4.4 結構延性是鋼筋混凝土結構設計的重要指標 相對于低層住宅而言，小高層住宅更柔一些，地震作用下的變形就更大一些。為了使結構在進入塑性階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

　　5 結構計算的假定

　　在高層建筑結構內力與位移的計算中，為使計算簡化，突出主要影響因素，忽略次要影響因素,做如下假定：

　　5.1 彈性工作狀態假定

　　此假定認為，結構在永久作用和可變作用下，從整體上看處于彈性工作狀態，其內力與位移可按彈性方法計算。但對于框架梁及連梁等構件，可考慮局部塑性變形引起的內力重分布。

　　5.2 平面結構假定

　　實際上，任何建筑結構都是一個空間結構。但為簡化計算，對規則的框架、剪力墻及框架—剪力墻結構體系，可將結構沿兩個正交主軸劃分為若干個平面抗側力結構(此抗側力結構在自身平面外剛度很小，可以忽略)，每個主軸方向的水平荷載與地震作用由該方向的平面抗側力結構承擔，垂直于該方向的抗側力結構不參加工作。

　　5.3 剛性樓面假定

　　各平面抗側力結構之間通過樓板互相聯系并協同工作。一般情況下，可認為樓板在自身平面內為絕對剛性，不產生撓曲變形，在自身平面外剛度很小，可不予考慮。按此假定，在不考慮扭轉時，同一樓面標高處結構側移相同;考慮扭轉時，同一樓面標高處結構側移呈線性分布。

　　為保證樓面在平面內的剛度，在設計中應采取相應的構造措施。但當樓面有大開孔、較長的外伸段、建筑平面較長或為不規則的底層大空間剪力墻結構的轉換層樓面，以及樓面的整體性較差時，宜對采用剛性樓面假定的計算結果進行調整或在計算中考慮樓面在自身平面內撓曲變形的影響。

　　6 結語

　　隨著我國經濟的發展，人民生活水平進一步提高，用戶對住宅的功能提出更高的要求，人們希望建筑物在使用過程中具有更大的靈活性，能夠適應多功能變換的需求。只有熟練地掌握規范，并具有良好的結構概念，才能設計出既安全又經濟適用的優秀作品。

　　參考文獻

　　[1]蔣魯蓉.鋼筋混凝土框架結構設計有關問題的初步探討[J].山西建筑， 2008.(01).

　　[2] 梅洪元,付本臣.中國高層建筑創作理論發展研究,高層建筑與智能建筑國際學術研討會,2002.

　　[3]覃力,高層建筑設計的一種傾向--大規模高層建筑的集群化和城市化, 高層建筑與智能建筑國際學術研討會,2002.