某高层住宅工程结构设计合理 在我国高层住宅中几种结构设计形式的特点

　　摘要：普通框架结构是由线形杆件--梁和柱组成，框架柱作为建筑的竖向承重构件，同时也承受水平荷载，因结构构件所占面积很小，可以更加灵活的布置室内空间，使用上更加方便。框架结构一般都是使用轻质隔墙与外墙，结构自重较轻。
　　关键词：高层住宅；结构
　　中图分类号：TU241.8文献标识码：A
　　1 普通框架结构和普通框架柱-剪力墙结构
　　框架结构用于单元式住宅时，因为房间开间大小不一，柱网很难对齐，导致结构受力不尽合理。由于框架结构的抗侧移刚度全部由框架柱提供，随着层数的增加，柱断面也会增大很多，但因为填充墙厚度较小，框架柱大部分暴露在室内，影响家具布置及室内美观，这是住户所不愿接受的。
　　从受力角度来看，框架结构在水平力作用，整体呈现剪切变形特征，抗侧移刚度低，水平位移大。虽然通过增大柱断面、采用高强度钢筋和混凝土、增大结构配筋率可以使框架结构获得更大的延性。但当高层建筑遭遇到更大的地震作用时，结构的变形会很大，导致非结构构件的严重破坏，带来更大的次生灾害。
　　目前普通框架结构在高层居住建筑使用很少，大多数工程为层数不太多且存在将来有可能改变使用功能的中高层公寓或宾馆中。在普通单元式住宅中，基本上不再采用此种结构体系。
　　在矩形框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架-剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活，使用方便的特点，又有较大的刚度和抗侧移能力。如果把剪力墙集中布置在电梯井、楼梯间、管道井等部分形成筒体时，就形成了抗震能力更强的框架-筒体结构，因为筒体的剪力墙空间协同工作，较单片剪力墙承载能力的承载能、侧向刚度、抗扭转能力都大大提高。
　　框架-剪力墙在水平作用下，框架呈剪切变形，剪力墙呈弯曲变形，二者通过刚性楼板协同工作，共同抵抗水平作用。由于两个结构的协调工作，使框架和剪力墙变形趋于一致，减小层间位移及顶点位移，对抗震非常有利。
　　使用框架结构的主要目的是为了获得大空间，框剪结构同样如此，所以框剪结构主要用于为了获得地上几层商业使用空间的商住楼。这种建筑的布局主要是满足下面几层的商业功能，上面的居住房间同样存在普通框架结构住宅的各种问题。该结构体系一般用于繁华商业区或一个楼盘的“金角银边”位置的个别楼座，不是高层住宅普遍采用的结构体系。
　　2 异形柱框架结构和异形柱-剪力墙结构
　　异形柱框架结构是我国特有的一种结构体系。所谓异形柱是异形截面框架柱的简称，这是指在满足结构强度和刚度的前提下，根据房间布置情况以及柱子具体位置需要而采用的肢长与肢厚比小于4，截面几何形状为 L形、T形、Z形或十字形的柱子，柱肢厚及梁宽与填充墙等厚，形成了不露柱子的隐型框架承重结构。相对于矩形柱框架结构，异形柱框架最大的优点是解决了框架柱凸出墙面的问题，满足了人们对居住性建筑舒适美观的要求，异形柱结构在90年代后期在全国范围内迅速普及。
　　《混凝土异形柱结构技术规程》中关于异形柱的结构体系分为两类，一类是纯框架结构，另一类是异形框架-剪力墙结构。对于纯框架结构，规程对其最大高度限制很严格，在六度区异形框架结构与普通砌体结构适用高度相同；七、八度区异形框架结构适用高度低于普通砌体结构；在九度区则不允许使用异形框架结构。
　　规范的这种严格要求是有理论依据的，对于框架结构，“强柱弱梁”与“强节点弱杆件”是最基本的要求，而异形柱结构则在这两点上相对矩形柱结构都有一定的差距。据天津大学、河北工业大学、河北农业大学等多家科研机构所作的大量理论分析与实验分析结果证明：
　　（1）异形柱截面缺失部分是对截面惯性矩贡献最大的边缘部分，整体上异形柱承载力弱于矩形柱，由于多肢的存在，剪力中心与截面形心不重合，在受荷时会产生翘曲正应力与剪应力。剪应力的存在使柱肢产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，变形能力降低。
　　（2）异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载作用不同而有较大的差异。在L形、T形、十字形三种异形柱中，L形的差异最为显著。当异形柱结构中混合使用等肢异形柱与不等肢异形柱时，则差异情况更为错综复杂，成为异形柱结构地震作用计算中不可忽视的问题。
　　（3）在截面面积和配筋相同的情况下，双轴对称“十”形断面承载力大于单轴对称的“T”形断面，“T”形断面承载力大于无对称轴的“L”断面。异形柱的延性弱于矩形柱、轴压比及荷载角对异形柱的延性影响较大、“十”截面延性好于“T”，“T”断面延性好于“L”。
　　（4）《混凝土异形柱结构技术规程》规定柱肢最小厚度为200，最大厚度为300，且一般情况下梁宽与柱肢厚相同，这就造成节点区钢筋锚固施工难度加大，施工质量不易保障，不易满足抗震规范对框架结构“强节点、弱杆件”的基本要求。试验证明截面积相同的“L”形柱，其梁柱节点承载力比矩形柱节点承载力降低 33%。
　　由以上结论可知，异形柱因其截面不对称，导致其承载能力低于矩形柱。为满足建筑平面布置的需要，异形柱体系的住宅中，占比例最大的是“L”柱和“T”柱。在地震作用下，角柱是受力最复杂的部位，但这个部位恰恰也只能布置受力性能最差的“L”形柱。作者个人观点认为，异形柱结构最大的优点是“异形”，异形柱完全满足了建筑使用功能的需要。但最大的缺点也是“异形”，异形柱的使用降低了结构的整体安全度。所以异形柱结构的产生是结构工程师向建筑师妥协的结果。在我国结构规范体系中，除《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006第1.0.2条中规定“本规程主要适用于非抗震和抗震设计烈度为6度、7度（0.10g，0.15g）和8度区（0.20g）抗震设计的一般居住建筑混凝土异形柱的设计及施工”，其它规范均没明确规定某种结构体系只适用于某种特定类型建筑的条文。
　　据资料统计，对于多层的住宅，采用纯框架异形柱结构住宅，其土建成本约是普通砌体的1.3倍。在《混凝土异形柱结构技术规程》推出后，异形柱框架结构处于一种高层不能用、多层成本高的尴尬地位，现在工程中很少采用。异形柱-剪力墙结构的原理与框架-剪力墙相同，在楼梯间、电梯间、分户墙、结构角部等位置布置一定数量混凝土剪力墙。剪力墙作为第一道抗震防线，承受大部分地震作用，框架柱只承担部分水平作用，结构整体抗震性能得到很大改善，规范对其适用高度较纯框架结构提高约50%。以2.8米层高计算，在6度区可用于16层以下，7度区可用于12~14层，8度区可用于10层以下。
　　3剪力墙结构
　　剪力墙结构是指纵横向主要承重构件和抗侧力构件全部为钢筋混凝土墙的结构，墙体同时又起到空间分割和外维护作用，墙体高度自基础至屋顶从几十米到一百多米不等，厚度一般为200~350mm左右，最小可到 160mm，剪力墙结构的墙间距一般在5~8米，施工方便，这些特点很适合在住宅、公寓等类建筑中使用，我国目前高层住宅建筑中，剪力墙结构所占的比例最大。
　　短肢剪力墙结构是普通现浇剪力墙结构的一种特殊形式，现在广泛应用在小高层住宅，我国目前规范对此种短肢剪力墙没有相应的系统设计规范，在实际项目中，结构工程师对短肢剪力墙的判定存在很多误区。
　　装配整体式剪力墙结构又称为混凝土空心砌块配筋砌体结构，简称为RM结构，在西方属于很成熟的结构体系，在美国已建成28层的配筋砌体结构。RM结构的本质还是剪力墙结构，但其用墙体钢量约为现浇剪力墙的1/2，基本上取消了墙体模板，但砌筑质量要求较普通砌体更加严格，构造较复杂。
　　参考文献
　　[1]汪权.建筑结构振动控制理论与计算方法研究[J].合肥工业大学，2010.