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淺談小高層住宅的設(shè)計(jì)工學(xué)論文
【摘要】小高層設(shè)計(jì)時(shí)如何把握好合理性，經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。在規(guī)范允許范圍內(nèi)，合理把握關(guān)鍵部位及次要構(gòu)件，什么地方應(yīng)加強(qiáng)，什么地方可以放松，對(duì)于整個(gè)建筑物保證安全及降低造價(jià)影響巨大，這也是我們?cè)诮窈蟮脑O(shè)計(jì)中要不斷提高及改進(jìn)的。
【關(guān)鍵詞】小高層；住宅；設(shè)計(jì)
【Abstract】Design of small high-level grasp the reasonableness of how the economy is essential. In the framework of norms to allow a reasonable grasp the key location and a secondary component, what should be strengthened, and what can be relaxed, for the entire building to ensure safety and reduce the iMPact of the enormous cost, that is what we in the future to continuously improve the design and improvement.
【Key words】Small top; Residential; Design
近期，小高層住宅大量涌現(xiàn)，如何在設(shè)計(jì)過程中使結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)合理已成當(dāng)務(wù)之急。由于目前的高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多數(shù)是根據(jù)已經(jīng)確定好的平面和豎向布置，先假定好構(gòu)件尺寸，通過電算，電算一般是個(gè)別指標(biāo)超限，則對(duì)這部分進(jìn)行調(diào)整，至于整個(gè)方案是否完善，構(gòu)件尺寸假定是否太大，則心中無底。很多時(shí)候都會(huì)產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。另外，住宅布置有時(shí)候建筑考慮立面和內(nèi)部空間，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很多不合理之處。例如：某些剪力墻布置不均勻，產(chǎn)生剛度偏心和扭轉(zhuǎn)；多處形成一字型短墻；頂部布置共享空間，產(chǎn)生平面不規(guī)則等，這些形式對(duì)結(jié)構(gòu)受力及抗震均不利。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)必須強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)，在平面布置和構(gòu)造設(shè)計(jì)上使結(jié)構(gòu)更趨合理，做到經(jīng)濟(jì)合理。
1． 總體指標(biāo)控制
計(jì)算判斷結(jié)構(gòu)抗震是否可行的主要依據(jù)是在風(fēng)荷載和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，結(jié)構(gòu)的振型曲線，自振周期以及風(fēng)荷載和地震作用下建筑物底部剪力和總彎矩是否在合理范圍中。總體指標(biāo)對(duì)建筑物的總體判別十分有用。譬如說若剛度太大，周期太短，導(dǎo)致地震效應(yīng)增大，造成不必要的材料浪費(fèi)；但剛度太小，結(jié)構(gòu)變形太大，影響建筑物的使用。合理的剛度是多少，筆者建議對(duì)于小高層住宅μ/H取1/2500~1/3500，剛重比在10~15之間是比較合理的。周期約為層數(shù)的0.06~0.08倍之間。另外，對(duì)結(jié)構(gòu)布置扭轉(zhuǎn)的控制：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。當(dāng)然，筆者建議對(duì)于頂層構(gòu)件可不考慮在內(nèi)，否則很難滿足上述指標(biāo)。
2． 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
目前的短肢剪力墻體系小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設(shè)置地下室。基礎(chǔ)則采用樁筏基礎(chǔ)。如何對(duì)樁進(jìn)行合理選型，將對(duì)整個(gè)地下室設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。例如某一工程，上部十八層帶一地下室，根據(jù)勘察報(bào)告，采用400預(yù)應(yīng)力管樁，可選樁長(zhǎng)有樁長(zhǎng)25m，單樁承載力特征值Ra=900KN，樁長(zhǎng)34m，單樁承載力特征值Ra=1300KN。采用25m樁需要290根，采用34m樁需要200根。從樁本身比較兩種方案，總的樁延米數(shù)量相當(dāng)，但采用25m樁為滿樘布置，筏板厚需1200mm，而采用34m樁為墻下布置，筏板可減至900mm，經(jīng)濟(jì)性明顯。因此，筆者認(rèn)為基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對(duì)于筏板厚度的取值，則應(yīng)考慮樁沖切，角樁沖切，墻沖切及板配筋等多方面的因素。另外，筏板長(zhǎng)度的設(shè)置也須我們研究探討，由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)我們采用設(shè)置后澆帶來解決底板超長(zhǎng)引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用是明顯的，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長(zhǎng)寬均達(dá)100m以上，中間就設(shè)置幾條后澆帶，也沒有其他措施，筆者認(rèn)為是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>
3． 剪力墻設(shè)計(jì)
3.1布置。剪力墻布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且X，Y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長(zhǎng)墻（h/w>8）；應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上,若無法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱,當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時(shí)，應(yīng)計(jì)算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長(zhǎng)，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長(zhǎng)墻；規(guī)范中對(duì)普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍以下為短墻，大于8倍則為普通墻，這就引起高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻的受力特性截然不同，而配筋亦大相徑庭，這顯得比較機(jī)械而不合理，因此筆者建議布置長(zhǎng)墻時(shí)高厚比能大于9。
3.2配筋及構(gòu)造。對(duì)于小高層住宅來說,剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對(duì)于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用。
3.2.1剪力墻墻體配筋（以200厚墻體為例）一般要求水平鋼筋放在外側(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。筆者建議加強(qiáng)區(qū)10@200，非加強(qiáng)區(qū)8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用6@600×600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。因?yàn)榈叵虏糠謮w配筋大多由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡(jiǎn)化計(jì)算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計(jì)算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定：迎水面保護(hù)層應(yīng)大于50mm，且在保護(hù)層內(nèi)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。在這種情況下，很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行外墻裂縫驗(yàn)算時(shí)有效截面高度仍按保護(hù)層50mm計(jì)算，筆者認(rèn)為是不妥當(dāng)?shù)摹．?dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計(jì)算保護(hù)層厚度至少可按30mm來取值，這對(duì)節(jié)省墻體配筋效果相當(dāng)明顯。
3.2.2剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，一.二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；其余剪力墻應(yīng)按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。本節(jié)僅就構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋作一點(diǎn)討論。筆者認(rèn)為首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻（長(zhǎng)墻），短肢剪力墻，小墻肢和一個(gè)方向長(zhǎng)肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對(duì)待配筋。對(duì)于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)0.7%，一般部位0.5%。對(duì)于短肢剪力墻，應(yīng)按高規(guī)第7.1.2條控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；對(duì)于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%，一般部位1.0%；而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)中往往就按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋，筆者認(rèn)為這并不妥當(dāng)，建議有兩種方法。其一，計(jì)算中另一方向短肢不進(jìn)人剛度，則配筋可不考慮該方向短肢影響；其二，計(jì)算中短肢進(jìn)人剛度，則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率加強(qiáng)區(qū)1.0%，一般部位0.8%。
3.2.3剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，在地震作用下彎矩、剪力很大，有時(shí)很難進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果加大連梁高度，配筋值有時(shí)反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標(biāo)高。對(duì)于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對(duì)于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時(shí)則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計(jì)算圖形不符，相應(yīng)配筋亦較大，不合理。筆者建議，連梁高度計(jì)算與設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑。對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí)，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置，腰筋同墻體水平筋。
3.2.4目前，各設(shè)計(jì)院在剪力墻的樓層處均設(shè)置暗梁，而對(duì)暗梁的作用及配筋亦各有理解。筆者認(rèn)為對(duì)于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時(shí)，則設(shè)置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱，這是因?yàn)橹苓呌辛褐募袅Γ拐鹦阅芤纫话慵袅σ谩＜袅Y(jié)構(gòu)則沒有這方面的要求，在墻板交接處設(shè)置暗梁對(duì)加強(qiáng)墻體整體性作用還是有的，但究竟有多大則無從確定。因此筆者認(rèn)為，就目前而言，在樓層位置設(shè)置暗梁是可行的，但沒有必要設(shè)置太大斷面及配筋，建議底部加強(qiáng)區(qū)斷面可取墻厚×300，配筋上下各216，一般部位斷面可取墻厚×250，配筋上下各214即可。總之，小高層設(shè)計(jì)時(shí)如何把握好合理性，經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。在規(guī)范允許范圍內(nèi)，合理把握關(guān)鍵部位及次要構(gòu)件，什么地方應(yīng)加強(qiáng)，什么地方可以放松，對(duì)于整個(gè)建筑物保證安全及降低造價(jià)影響巨大，這也是我們?cè)诮窈蟮脑O(shè)計(jì)中要不斷提高及改進(jìn)的。
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