住宅建筑混凝土结构设计要点分析-建筑设计论文发表

住宅建筑混凝土结构设计要点分析
王守东
摘要：在混凝土结构设计中，无论工程项目简单还是复杂，也无论业主如何标新立异、追求个性，其实终究都是由梁、柱、板形成的基本单元组合而成。因此我们在设计过程中对梁、柱、板以及结构体系中的一些注意点应该有清晰的认识，唯有如此，才能在工程项目符合规范、科学合理的基础上，创造出具有现代气息和经济美观的优秀设计作品。本文通过笔者切身体会，对设计中一些要点和容易忽视的问题进行了简要阐述，仅供参考。
关键词：住宅建筑 混凝土 结构设计 要点分析
在混凝土结构设计中，无论工程项目简单还是复杂，也无论业主如何标新立异、追求个性，其实终究都是由梁、柱、板形成的基本单元组合而成。因此我们在设计过程中对梁、柱、板以及结构体系中的一些注意点应该有清晰的认识，唯有如此，才能在工程项目符合规范、科学合理的基础上，创造出具有现代气息和经济美观的优秀设计作品。
一、确定结构抗震等级问题
在房屋建筑工程设计中，民用住宅按其抗震设防分类应属于丙类建筑物，其抗震等级可根据本区域地震烈度、结构类型和房屋的高度按《建筑抗震设计规范》表6.1.2确定。一般情况下，当抗震设防烈度为6～8度时，抗震措施应在符合本地区抗震设防烈度的基础上提高一度，即可满足要求。
地震力的振型组合数，对于多层或高层建筑而言，当不考虑扭转耦联计算时，至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于层数；当房屋层数≤2时，振型数可取层数。对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，对多层建筑，振型数应取≥9；结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等，振型数应取≥12或更多，但不能多于房屋层数的3倍；只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时，振型数才可以取的更多。《建筑抗震设计规范》指出，合理的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。SAT WE等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是需要改进的。此外，由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算，仅当结构存在明显扭转时才采用耦联计算，但非耦联计算往往是不可缺少的。
二、 结构高宽比的问题
根据规定,钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比:在6度、7度抗震设防烈度时,A级高度的框架、板柱—剪力墙不宜超过4,框架—剪力墙不宜超过5,剪力墙不宜超过6;B级高度不宜超过7。只有合理的结构平面进深,才能取得良好的经济效益和抗震性能,但有些建筑设计人员在近100m高的住宅建筑方案中,平面中只有11m~12m的进深,结构的高宽比达到9还多，多层的平面用在高层,严重违规,结构的层间位移比根本无法控制,结构不可行,不得不重新设计总体方案,浪费了时间和精力。
三、 结构布置问题
1、平面结构布置
根据《抗规》3.4.1条规定,建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案,这对高层建筑尤为重要,《高规》4.1.2,4.1.3条对此作出了原则规定,4.3.5,4.3.6条更作出了定量的规定。
混凝土建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、墙体的布置、通道和楼电梯的位置、房间的数量和布置等,都要在建筑的平面布置图上明确下来。建筑空间的使用功能不同,在楼层布置和立体设置上有可能差异很大,建筑平面上的墙体,包括外围填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称,墙体和柱子分布的不对称、不协调,使建筑物在地震时产生扭转,对抗震很不利。
众多地震灾害数据统计表明,平面外形结构设计复杂化对建筑物整体抗震极为不利,如平面上的凸出和凹进、平面侧翼的伸悬设置等在地震中的破坏程度都远远高出平面整体本身，而且有很多建筑主体的倾斜倒塌也与这种不规则设计有关。9.12中国台湾、5.12汶川地震就有不少这样的震例。因此,在建筑体形的设计中,应尽可能地使平面和空间的外形简洁、规则;在平面外形上,矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体形。尽可能少做外凸和内凹的体形,尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体形布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布,避免产生因体形不对称导致质量和刚度不对称的扭转反应。
2、结构竖向布置的问题
《高程》4.4.1条对高层建筑的竖向的体形,4.4.2条对抗震设计的高层建筑相邻楼层的刚度,4.4.4条对结构竖向抗侧力构件上下连续性均有明确的规定。
在具体的建筑设计中，结构的竖向布置问题主要体现在建筑的楼层结构质量和刚度分布设计上。目前常见因层高突然变化,或在某层抽掉柱子以加大空间的情形,还有个别业主为追求大开间无梁无柱或室内错层等构造，体现生活个性化品位，而特别要求的结构竖向不规则设计,由于这种跨度和高度的变化，引起建筑刚度和强度的突变，使得其抗震性能大为降低。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的问题,因此，设计人员在进行个体建筑设计时，应提倡平、立面的简单对称，而不应该把设计的重点放在如何别出心裁和一味的满足业主的个性化需求上。相比较而言，简单、对称的结构更容易预计其地震时的反应,也更容易采取抗震构造措施和进行细部处理。
3、结构体系布置的问题
《抗规》3.5.3条对结构体系提出了多道抗震防线的要求,对于在大震作用下结构抗倒塌具有重要意义。一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接协同工作。在这次汶川大地震中,抗震性能较好的钢筋混凝土结构有倒塌的,而抗震相对较差的砌体却也有裂而不倒的,甚至个别私人建造的砖木结构的住宅都完好无损;同一地点,同是砌体教学楼,有的损坏严重,甚至倒塌,有的却表现良好,这就是多道抗震防线起了作用。
四、女儿墙的设计问题
目前很多高层建筑的设计者考虑到住宅建筑的立面效果，对屋顶女儿墙往往都会设计的很高，这样的设计结果，将会直接导致女儿墙的荷载效应加大，对主体结构的影响也越来越明显。在设计上，女儿墙无法直接参与主体结构的分析，所以在计算时往往只考虑女儿墙墙体本事的自重，当女儿墙较低时，这种方法是符合精度要求的，不会影响结构的安全；但是，随着女儿墙高度的增加，其地震荷载和风荷载效应也在增加，对主体结构的影响也在加大。因此，如果设计者把屋顶女儿墙设计的较高时，就要仔细计算女儿墙所受水平荷载的情况。女儿墙的侧向刚度比较小，因此设计时一般会选用钢筋混凝土材料，配筋计算可按支承于屋顶的悬臂板来考虑，且应配双层钢筋。为保证屋面女儿墙与主体结构的可靠连接，屋面女儿墙所在的框架梁或墙要具有足够的抗弯、抗扭刚度，即对框架梁要根据女儿墙的底部计算弯矩配置受扭钢筋。对女儿墙的计算，主要应该验算在正常使用情况下由风荷载引起的内力并进行截面配筋。有人认为应进行地震作用计算，并将其地震作用乘以放大系数3来进行内力、配筋计算，认为一般情况此法没有必要；因为女儿墙在结构中毕竟是次要构件，只要通过合理的构造措施，来保证发生强烈地震时，女儿墙不致于倒塌掉下来伤人即可。

参考文献:
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[3] 李梅菊 《钢筋混凝土框架结构设计中的问题分析》[J]山西建筑，2008-29　　
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