1、小高层住宅设计探讨 简介： 近期，小高层住宅大量涌现，如何在设计过程中使结构方案经济合理已成当务之急。由于目前的高层住宅结构设计大多数是根据已经确定好的平面和竖向布置，先假定好构件尺寸，通过电算，电算一般是个别指标超限，则对这部分进行调整，至于整个方案是否完善，构件尺寸假定是否太大，则心中无底。关键字：小高层 住宅 设计 相关站中站： 高层结构资料汇集 近期，小高层住宅大量涌现，如何在设计过程中使结构方案经济合理已成当务之急。由于目前的高层住宅结构设计大多数是根据已经确定好的平面和竖向布置，先假定好构件尺寸，通过电算，电算一般是个别指标超限，则对这部分进行调整，至于整个方案是否完善，构件尺寸假
2、定是否太大，则心中无底。很多时候都会产生不必要的浪费。另外，住宅布置有时候建筑考虑立面和内部空间，使结构产生很多不合理之处。例如：某些剪力墙布置不均匀，产生刚度偏心和扭转；多处形成一字型短墙；顶部布置共享空间，产生平面不规则等，这些形式对结构受力及抗震均不利。因此我们在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，做到经济合理。1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
3、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，笔者建议对于小高层住宅 /H 取 1/25001/3500，刚重比在 1015 之间是比较合理的。周期约为层数的 0.060.08 倍之间。另外，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，笔者建议对于顶层构件可不考虑在内，否则很难满足上述指标。2基础设计： 目前的短肢剪力墙体系小高层由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。基础则采用桩筏基础。如何对桩进行合理选型，将对整
4、个地下室设计的经济性产生重要影响。例如某一工程，上部十八层带一地下室，根据勘察报告，采用 400 预应力管桩，可选桩长有桩长 25m，单桩承载力特征值Ra=900KN，桩长 34m，单桩承载力特征值 Ra=1300KN。采用 25m 桩需要 290根，采用 34m 桩需要 200 根。从桩本身比较两种方案，总的桩延米数量相当，但采用 25m 桩为满樘布置，筏板厚需 1200mm，而采用 34m 桩为墙下布置，筏板可减至 900mm，经济性明显。因此，笔者认为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
5、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。而有些高层，长宽均达 100m 以上，中间就设置几条后浇带，也没有其他措施，笔者认为是不妥当的。3剪力墙设计： 1). 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/w8）；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，
6、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，因此笔者建议布置长墙时高厚比能大于 9。2). 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。a) 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。笔者建议加强区10200 ，非加
7、强区 8200 双层双向即可，双排钢筋之间采用 6600x600 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，笔者认为是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度至少可按
8、30mm 来取值，这对节省墙体配筋效果相当明显。b). 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；其余剪力墙应按高层建筑混凝土结构技术规程第 7.2.17 条设置构造边缘构件。本节仅就构造边缘构件的配筋作一点讨论。笔者认为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，小墙肢和一个方向长肢墙而另一方向属短肢墙来区别对待配筋。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
9、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；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋，笔者认为这并不妥当，建议有两种方法。其一，计算中另一方向短肢不进人刚度，则配筋可不考虑该方向短肢影响；其二，计算中短肢进人刚度，则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率加强区 1.0，一般部位 0.8。c). 剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，在地震作用下弯矩、剪力很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。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
10、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底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。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砖或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加一根梁，两根梁之间用砖填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋。d). 目前，各设计院在剪力墙的楼层处均设置暗梁，而对暗梁的作用及配筋亦各有理解。笔者认为对于框架-剪力墙结构，如剪力墙周边仅有柱而无梁时，则设置暗梁，并且要求剪力墙两端是明柱，这是因为周边有梁柱的剪力墙，抗震性能要比一般剪力墙要好。剪力墙结构则没有
11、这方面的要求，在墙板交接处设置暗梁对加强墙体整体性作用还是有的，但究竟有多大则无从确定。因此笔者认为，就目前而言，在楼层位置设置暗梁是可行的，但没有必要设置太大断面及配筋，建议底部加强区断面可取墙厚 x300，配筋上下各 216，一般部位断面可取墙厚 x250，配筋上下各 214 即可。总之，小高层设计时如何把握好合理性，经济性至关重要。在规范允许范围内，合理把握关键部位及次要构件，什么地方应加强，什么地方可以放松，对于整个建筑物保证安全及降低造价影响巨大，这也是我们在今后的设计中要不断提高及改进斜坡屋面的设计构造 简介： 斜坡屋面结构，首先应选用合理的结构方案，在结构设计时，应建立合理的结构
12、模型，尤其是在采用结构软件设计时，荷载输入时一定要输入倾斜构件沿水平或垂直方向的荷载分布集度，而并不是倾斜构件沿斜长方向的荷载分布（单位面积、单位长度内的荷载） 。关键字：斜坡屋面 荷载集度 构造钢筋 分隔缝 一、引言由于我国经济的不断发展，人民的生活水平的提高，因此，对生活环境的要求也越来越高，人们对方盒子建筑早已厌烦了，因此越来越的造型优美的别墅建筑也如也后春笋般地出现了。甚至普通住宅楼也方盒子变成了斜坡屋面、造型女儿墙啦。但对于斜构件的设计及构造做法，规范、手册里所提较少，且根据常用结构分析计算软件系列软件所提供的资料来看，该软件对这部分的处理，是需要设计人员自行处理的，所以，作为一个结
13、构设计人员，搞好这部分的设计、构造，也是非常重要的。二、结构方案坡屋面的做法一般有两种，一是顶部直接做成斜板，该斜板兼作屋面板（此方案后面简称方案一）；二是先做一层水平板做屋面板，倾斜部分按造屋面造型做（此方案后面简称方案二）。这两种方案，前者结构造价相对低，但屋面保温、隔热及防水做法较为麻烦。后一种结构造价相对较高，但屋面防水、保温隔热便于施工；同时砖混结构在地震区结构层数达到规范规定的上限、总高度也将超过规范的规定时，可采用此方案，但超出屋面部分的面积不得超过顶层的 30%，且高度不应太高。在框架结构中，这两种结构方案，均可以在斜坡的最低点处设置水平框架梁（方案一该处无屋面板，方案二有屋面
14、板），然后采用梁托小柱支承倾斜部分。在柱网尺寸不太大的时候，方案一可不设置水平框架梁，但对框架柱的设计应充分考虑三角拱结构对框架柱顶产生的水平推力。三、斜坡屋面构件的设计计算设计计算包括抗震验算和静力计算两部分。这里先说抗震验算。结构方案采用方案一时，抗震验算时顶层层高可取顶层倾斜屋面顶点高度的 2/3 作为该层的结构高度；结构方案采用方案二时，抗震验算时作为屋面造型部分的仅以屋面荷载作用在顶层屋面板处，不单独作为一个质点考虑。接下来在说说静力计算问题。这里以四边简支的单向板为例来讨论倾斜构件的荷载特点。对于一个倾斜构件，其荷载 g+q为沿斜向板长每延一米的屋面自重（包括防水层、找平层、保温层
15、、结构板自重、板底抹灰、吊顶等）和使用活荷载的设计值。为计算斜板的内力，应将 g+q分解为垂直与板面和平行于板面的两个分量（如图所示），以其中垂直于板面的荷载分量 g+q=（g+q）COS 为荷载，可求得斜板跨中最大弯矩为：式中：L斜板斜向的实际计算跨度；L斜板斜向计算长度的水平投影长度， L=LCOSg+q作用于斜板上的计算荷载沿水平方向的荷载集度， ;斜板的倾角。对于 的理解由附图可以看得比较清楚，即沿水平方向取出单位长一段，则作用于此段内的实际竖向荷载总和应为 。其中 为水平投影长度为 1 的斜向板长，可见 g+q 即为在单位 1 水平投影长度范围内作用于斜板上的荷载值。由于系列软件中，
16、对斜屋面可以通过定义节点高度、梁的左右节点标高、层简斜撑等来完成倾斜构件、楼层的定义，从而建出与工程实际一致的结构模型来，但根据系列软件所提供的资料来分析，该软件提供的荷载类型中仅有倾斜构件沿水平或垂直方向的分布集度简图（如右附图所示）；因此，要求用户输入的倾斜构件的荷载是倾斜构件沿水平或垂直方向的分布集度，并不是倾斜构件沿斜长方向的荷载分布（单位面积、单位长度内的荷载）。事实上，许多设计者并未这样做，仅仅输入了倾斜构件沿斜长方向的荷载分布（单位面积、单位长度内的荷载），这就导致了程序算出来的倾斜构件的配筋结果偏小，给结构带来隐患。在设计过程中，本人曾在设计倾斜屋面的过程中发现：采取升、降节点
17、办法，使模型变成坡形，其计算出来的弯矩、配筋等与不降的结果一样。所以，结构人员在设计倾斜构件时，应特别注意这个问题。四、倾斜构件的构造要求、钢筋板的钢筋的构造由于倾斜构件，尤其是屋面板，我们通常是双向双层配筋的，这样做虽偏于安全，可也实在浪费。事实上，倾斜板也可按水平板一样构造，只不过负弯矩筋的长度应按规范规定、按板的斜长计算。对于跨度较小的折板，其构造可按下附图构造：板厚 ；荷载可按 ，计算跨度可按 计算。对于跨度较大的板，转折处应加设梁，其构造可按下附图构造：板厚；荷载可按 ，计算跨度可按计算。、防止开裂的构造当屋面板跨度很大，屋面现浇板长度又大时，应适当考虑加设抵抗温度收缩的钢筋，或按如
18、下方式加强构造：、顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋；、屋面保温(隔热)层或屋面刚性面层及砂浆找平层应设置分隔缝，分隔缝间距不宜大于 6m，并与女儿墙隔开，其缝宽不小于 30mm； 、在屋盖的适当部位设置分割缝，间距不宜大于（附图） ； 、当现浇混凝土挑檐或坡屋顶长度大于时，宜沿纵向设置分隔缝或沿坡顶脊部设置分割缝，缝宽不小于，缝内应用防水弹性材料嵌（附图） ； 、当房屋进深较大时，应沿女儿墙内侧的现浇板处设置局部分隔缝，缝宽不小于，缝内应用防水弹性材料嵌缝（附图） ； 、在混凝土屋面板与墙体圈梁间设置滑动层。滑动层可采用两层油毡夹滑石
19、粉或橡胶片等：对于较长纵墙，可只在其两端的 23 个开间内设置，对于横墙可只在其两端各 /4 范围内设置( 为横墙长度)； 、砌体结构中斜山墙的构造在砖混结构中还应注意对砌体斜山墙的构造要求。通常情况下要求屋面板支承在墙体上处应设置抗扭圈梁（拉梁），且在该圈梁（拉梁）对应位置加设垂直于该梁的水平拉梁，山墙斜三角部分构造要求，可参考下图构造做法加强。4、关于保温、隔热的处理在北方地区，保温隔热须当特别注意，采用方案一时，保温材料一定要采用块材，而不宜采用颗粒现场制作的，那样很容易造成保温厚度不均匀。极易发生冷桥的外露钢筋混凝土构件，应作保温处理。四、结束语斜坡屋面结构，首先应选用合理的结构方案，
20、在结构设计时，应建立合理的结构模型，尤其是在采用结构软件设计时，荷载输入时一定要输入倾斜构件沿水平或垂直方向的荷载分布集度，而并不是倾斜构件沿斜长方向的荷载分布（单位面积、单位长度内的荷载）。高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计探讨 作者：白雪锋 董昆勇 梁超简介： 在众多短肢剪力墙结构与异形柱框架的试验资料与工程实践基础上，论述了这两种结构形式的受力特点，并分析了各自的结构计算、构造的相关问题。关键字：高层 剪力墙 异形柱 相关站中站： 高层结构资料汇集 随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式，即“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”型式。这两种新的结构由于在很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，受到了建筑师的肯定，更得到了住户与
