随着房地产市场的发展方式从粗放型向集约型转变,业主对工程造价的重视程度越来越高,甚至超越了对建筑功能、外观的关注。工程设计造价的高低成为能否承接工程设计的先决条件,所以根据建筑功能选择结构受力性能良好、造价合适的结构体系方案,成为结构设计人员必须面对的课题。
对小高层住宅来说,有以下几种可行的结构体系方案:剪力墙结构、框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构、异型柱框架剪力墙结构。本文结合实际工程,对上述几种结构形式的受力情况、造价等进行综合比较,为类似工程的设计提供参考。
各结构体系受力性能
1.剪力墙结构
剪力墙结构通常是指墙肢截面高度与厚度的比值大于8的结构,特点是整体性能好,侧向刚度大,水平力下侧向位移小,并且由于没有梁柱等外露或凸出部分,便于房间布置。剪力墙结构是一种传统、成熟、受力性能良好的结构形式,其缺点是结构墙体相对多、自重较大。一段时间以来,剪力墙结构的应用减少了。随着《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)的应用,该结构又显示出无穷的生命力。现在小高层住宅采用剪力墙结构,不再像以前一样布置大面积的墙体,而是按照规范,适当控制墙肢截面高度与厚度的比值,使之稍大于8,避开规范对短肢剪力墙结构近乎苛刻的要求,达到降低造价的目的。
2.框架剪力墙结构
框架剪力墙结构是指由普通框架柱与一般剪力墙共同组成的一种结构形式,由框架与剪力墙共同承担荷载。它具有框架与剪力墙共同受力的优点,又能获得较大的房屋空间。但是由于现在建筑平面布置较灵活,框架布置非常复杂,很难形成规则的受力体系,并且随着房间布局的变化,容易产生柱楞和凸出的大梁,影响建筑外观和使用功能。同时,由于多次受力转换,梁板的受力性能受到影响,提高了造价。
3.短肢剪力墙结构
短肢剪力墙结构是十几年前在南方沿海地区发展起来的一种结构形式,为克服剪力墙结构刚度太大的缺点,适当减少墙体长度,使墙肢截面高度与厚度的比值为5~8。在设计之初,没有明确的国家规范,其设计理论、计算方法和构造措施均参照剪力墙结构设计进行,所以设计随意性较大,不够科学、严谨。
直至2002年,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)才对其具体设计方法作了明确规定。由于该结构在地震易发区的建造案例不多,为安全起见,对这种结构设计的最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率都作了非常严格的规定。它规定,抗震设计时,筒体和一般剪力墙承担的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率,底部加强部位不宜小于1.2%,其他部位不宜小于1.0%。这使得该结构的造价提高。因此,此类结构形式在小高层住宅中的应用迅速减少。
4.异型柱框架剪力墙结构
采用异型柱框架剪力墙结构的墙肢截面高度与厚度的比值不大于4,柱肢受力情况复杂。由于对该结构形式的抗震性能存在很多争议,该结构形式也一直没有得到国家规范的承认,在很多地区的应用受限。经过近几年的实验和研究,该结构形式通过了国家抗震规范的审查。规范对这种结构形式的最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率、体积配箍率等作了严格的规定。同时,由于结构断面较小,克服了框架剪力墙结构适用性不好的缺点,该结构形式受到了业主和用户的欢迎。但必须明确的是,由于异型柱的断面很小,梁柱节点核心区钢筋密集,施工振捣困难,该结构形式的力学性能和抗震性能被削弱,须仔细计算核心区的相关数据。这种结构形式是我国独创的,主要是为了降低造价。
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