小高层建筑钢筋砼框架结构设计

　　随着社会经济的发展和科学技术的进步，高层建筑从建筑功能、体系、高度等方面都在不断地变化。高层建筑具有占地面积小，节省公用设施投资，改变城市面貌等优点，满足了城市因人口集中、用地紧张及商业竞争的需求。

　　《智能建筑与智慧城市》创刊于1994年，国内外公开发行(国内统一刊号：CN10-1392/TU;国际标准刊号：ISSN2096-1405;邮发代号：82-729)。由住房和城乡建设部主管、中国勘察设计协会主办、中国勘察设计协会工程智能设计分会和中国电子工程设计院协办的综合性专业技术刊物，是国内第一本智能建筑行业期刊。

　　1 框架结构体系的特点

　　1.1建筑平面布置灵活，使用空间大。

　　1.2延性较好。

　　1.3整体侧向刚度较小，水平力作用下侧向变形较大(呈剪切型)，所以建筑高度受到限制。

　　2 小高层建筑的结构体系

　　2.1框架-剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

　　2.2剪力墙体系。当受力主体结构全部由平面剪力墙构件组成时，即形成剪力墙体系。在剪力墙体系中，单片剪力墙承受了全部的垂直荷载和水平力。剪力墙体系属刚性结构，其位移曲线呈弯曲型。剪力墙体系的强度和刚度都比较高，有一定的延性，传力直接均匀，整体性好，抗倒塌能力强，是一种良好的结构体系，能建高度大于框架或框架-剪力墙体系。

　　2.3筒体体系。凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体-框架、筒中筒、多束筒等多种型式。筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。实腹筒是由平面或曲面墙围成的三维竖向结构单体，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的空间受力构件。筒体体系具有很大的刚度和强度，各构件受力比较合理，抗风、抗震能力很强，往往应用于大跨度、大空间或超高层建筑。

　　3 小高层建筑结构设计的几个关键因素

　　3.1 水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比;另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

　　3.2 轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

　　3.3 侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

　　3.4 结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

　　4 小高层住宅钢筋混凝土结构设计的要点

　　4.1 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素 在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在小高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。

　　4.2 轴向变形不容忽视 对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的小高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

　　4.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标 与低层住宅不同，结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计小高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为:①过大的侧移会使人不舒服，影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。③过大的侧移会因P一△效应使结构产生附加内力，甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。

　　4.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层住宅而言，小高层住宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

　　5 结构计算的假定

　　在高层建筑结构内力与位移的计算中，为使计算简化，突出主要影响因素，忽略次要影响因素,做如下假定：

　　5.1 弹性工作状态假定

　　此假定认为，结构在永久作用和可变作用下，从整体上看处于弹性工作状态，其内力与位移可按弹性方法计算。但对于框架梁及连梁等构件，可考虑局部塑性变形引起的内力重分布。

　　5.2 平面结构假定

　　实际上，任何建筑结构都是一个空间结构。但为简化计算，对规则的框架、剪力墙及框架—剪力墙结构体系，可将结构沿两个正交主轴划分为若干个平面抗侧力结构(此抗侧力结构在自身平面外刚度很小，可以忽略)，每个主轴方向的水平荷载与地震作用由该方向的平面抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不参加工作。

　　5.3 刚性楼面假定

　　各平面抗侧力结构之间通过楼板互相联系并协同工作。一般情况下，可认为楼板在自身平面内为绝对刚性，不产生挠曲变形，在自身平面外刚度很小，可不予考虑。按此假定，在不考虑扭转时，同一楼面标高处结构侧移相同;考虑扭转时，同一楼面标高处结构侧移呈线性分布。

　　为保证楼面在平面内的刚度，在设计中应采取相应的构造措施。但当楼面有大开孔、较长的外伸段、建筑平面较长或为不规则的底层大空间剪力墙结构的转换层楼面，以及楼面的整体性较差时，宜对采用刚性楼面假定的计算结果进行调整或在计算中考虑楼面在自身平面内挠曲变形的影响。

　　6 结语

　　随着我国经济的发展，人民生活水平进一步提高，用户对住宅的功能提出更高的要求，人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性，能够适应多功能变换的需求。只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。

　　参考文献

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　　[3]覃力,高层建筑设计的一种倾向--大规模高层建筑的集群化和城市化, 高层建筑与智能建筑国际学术研讨会,2002.