淺談高層住宅結構抗震設計

陶鵬 邱檸 唐建

摘 要 研究表明，現在的日常生活中框架剪力墻結構在高層住宅結構中開始被廣泛的使用，在高層建筑結構設計中，要科學把握異形柱和剪力墻的優缺點，優化結構的布置，最大程度發揮結構的抗震性能。本文主要分析了剪力墻的結構布置原則及優缺點，為了逐漸提高高層建筑的抗震性能。

關鍵詞 異形柱框架結構;剪力墻;抗震;高層住宅

引言

隨著人口的快速增長，人們經濟收入和生活質量不斷提升，人們對住宅的要求不再是農耕時代的有房可居這樣簡單，城市化進程的不斷加快，建設需要的用地變得越來越緊張，在該背景下，高層建筑逐步也是必然增多。在現在的高層建筑建設中，框剪結構被廣泛應用于各個項目中，因為框剪結構可以靈活進行空間排布，并且抗側力大。本文簡單分析一下異形柱框架結構和剪力墻結構的優缺點。

1異形柱框架結構

1.1 鋼筋混凝土異形柱框架結構的定義及特點

鋼筋混凝土異形柱框架結構是指框架柱全部或部分采用肢長與肢厚比在2～4的L形、T形、十字形截面柱與梁、樓板形成柱子不露在外面的隱形框架承重結構，并且采用輕質隔墻作為隔熱、保溫圍護結構的框架結構[1]，如圖1所示：

這種結構有著很多顯而易見的優點：

（1）提高房間的有效面積比。異形柱框架結構能夠避免因為采用矩形柱而形成的柱楞，從而使房間整體的視覺效果和平面布置得到了極大改善，因而受到了用戶的廣泛喜愛。該體系的優點是異形柱的肢寬與墻厚相等或稍寬，經大數據計算，這種結構與普通的框架結構相比，能夠增加使用面積在5%～10%左右。

（2）提高房間的使用質量。使得室內的空間更加整齊，家具更加容易擺設，尤其如果是在層數較多的情況下，如果采用矩形柱的形式，柱子必然會外露較多，房間整體的居住和使用效果將會受到相當大程度的限制，并且不美觀。

（3）條件允許的情況下可以使用新型墻體材料。由于是框架承重，墻體可采用輕質墻體材料碎渣磚、粉煤灰加氣混凝土砌塊等，一方面可以節約耕地，為農民作出貢獻;另一方面大量利用工業廢料，還可以減少污染，凈化環境，為國家的環境建設做貢獻。

（4）實現住宅大開間模式。由于采用全框架的結構形式，與傳統的磚混結構相比，能夠獲得相對較大的使用空間，滿足接待、學習、居住、工作等等多個方面的功能要求，而且墻體均采用填充墻，可用輕質墻體材料按照住戶要求任意分隔，墻下可以不設置梁，在極大程度上地滿足了住戶的個性化需求。

（5）減小地震的作用，減少花在基礎上的費用。因為采用輕質墻體材料，大幅度的減小了結構自重，從而地震作用減小， 減少地基基礎處理費用，進一步降低了工程施工成本。

（6）極大程度改善建筑的物理性能。使用新型墻體材料，實踐表明，輕質隔墻的隔聲、隔熱等效果比傳統的磚墻要優秀很多。

（7）抗震性能相對較好。為了進一步加強對城市地震的管理和保護人民的生命和財產的保護，國家對新的城市建筑的地震設計提出了更嚴格的要求，再次強調在抗震設防區磚混結構房屋設計時必須嚴格執行《建筑抗震設計規范》中相關規定，嚴格限制了傳統磚混結構的層數及高度。但隨著國家經濟的飛速發展，城市的建筑用地越來越緊張，導致土地的征地價格日益上漲，開發商及建設單位在進行住宅建設時都傾向于在有限的土地內獲得更經濟的建筑面積，在底層一般為正負零以下盡可能設計出較大的空間最好是設置商業網點，來解決社區內的大部分服務問題，所以增加如今建筑的層數及高度是必然的，傳統的磚混結構房屋工程造價比較低，但是抗震性能相對較差，顯然逐漸已不能滿足人們日益嚴格的要求。異形柱框架結構體系自然成為一種替代傳統磚混結構的體系，基本能夠滿足上述條件，還可以滿足如今住宅建筑房間開間大，室內分隔布置靈活，陽臺洞口盡可能大的條件。異形柱框架結構體系的抗震性能也顯然優于傳統的磚混結構建筑，在不限高的地區也能建造的相對高一些，并且其工程成本比一般框架結構更低，相對效益好。總的來說，異形柱框架結構就是一種工程成本低，抗震性能好，能夠適應如今城市住宅建筑日益發展需要的相對優秀的新型結構體系。

1.2 異形柱設計的一般規定

按現有的計算水平，想要計算地震作用的精確數值是還有一些難度的， 異形柱框架結構體系具有特別的力學特性。

（1）結構豎向布置。異形柱框架結構體系沿豎向的剛度變化和質量分布應相對均勻，避免出現過大的懸挑、內收，從而出現結構的質量和剛度發生突變的情況，以及產生薄弱層塑性變形集中的現象。現有研究數據表明， 異形柱框架結構體系在一般情況下最下層是薄弱層，可以通過在底層設置縱、橫向設支撐的方法來控制薄弱層。

（2）結構平面布置。在一個相對獨立的結構單元中，異形柱框架應雙向布置，整體的平面形狀應規則、對稱，質量和剛度宜均勻分布，最大程度達到房屋的剛度中心和質量中心重合的效果，這樣能夠最大程度上減小因為扭力帶來的對結構的負面影響，避免產生結構的扭轉效應[2]。

2剪力墻結構優缺點分析

2.1 剪力墻結構的優點

剪力墻結構整體性能良好，具有較高的經濟性、較優秀的空間連接性。剪力墻結構較大的側向剛度，決定了這種結構在水平作用力下產生的位移較小。如今在進行城市高層建筑設計時通常會規劃相對多的使用空間，每一塊使用空間自身的功能都很明確，隔墻將使用房間和客廳分割成各種小的空間，更加人性化。現澆剪力墻結構實現了承重墻和分隔墻的科學合并，使高層建筑的整體經濟效益在很大程度上有了提高。另一方面，高層建筑使用剪力墻結構可以使房間內的梁和柱隱藏，室內可用空間增加，室內整體的美觀程度會有很大的改善。剪力墻的結構形式相對簡單，房間布置相對容易，和框架結構作比較，剪力墻的結構形式可以承載更重的豎向荷載和水平荷載的作用力。所以，現代高層建筑建設中廣泛應用該技術。

2.2 剪力墻結構的缺點

上面簡單分析了剪力墻結構的優點，不過同時剪力墻結構肯定也有一些缺點，比如：剪力墻結構中大部分為混凝土澆筑的墻體，這樣就必然增加了建筑物重量，在抗震性能上有不利影響，雖然剪力墻結構的側向剛度大，不過必然也會產生相對較大的地震作用。另一方面剪力墻結構形式中，配筋率較低，很大程度上降低了結構的延展性，很大程度上限制了結構承載能力的發揮[3]。

3剪力墻的結構布置

簡單分析一下剪力墻的結構布置，在剪力墻結構設計的時候，墻體的整體布置原則一般是沿著主軸方向和其它方向雙向布置，盡量不出現單向布置的情況，這樣是為了在整體的空間性能表現更好，使兩個方向的抗側剛度差距盡可能的小。另一方面，在剪力墻結構設計的時候，往往將墻肢設計成T或者L形，還要確保設計的墻肢軸壓比最大程度的偏小，再通過增加縱筋和箍筋的配筋率的方法來增強墻肢的抗震性能，嚴禁出現“一”字形剪力墻。最后，為了保證高層住宅建筑整體的安全性和實用性，高厚比通常設計在8以上。

在剪力墻結構設計的時候，要盡量不出現樓面主梁放在剪力墻上的情況，如果實在無法避免出現這種情況，可以通過在剪力墻相應部位設置暗柱的方法來解決。關于墻肢方面，墻肢的截面要設計的盡量簡單、規則，擁有的豎向剛度應盡可能均勻分布，在墻上的開洞的洞口縱向應對齊、成列排布，墻肢和連梁應該盡量清楚。另一方面，在設計剪力墻的時候，如果出現梁高大于 2.5 倍墻身厚度的情況，暗轉配筋率應該確保正確計算，同時還要確保轉角處墻肢足夠長，如果有條件的情況下，可以在轉角處設置兩個長度足夠長的墻肢。另一邊也要保證墻身厚度要大于160mm，應該通過合理使用構造配筋的方法來讓剪力墻結構的抗震性能有效提高[4]。

4結束語

綜上，異形柱框架結構和剪力墻結構的優缺點大概就是上述這些內容。地震是不可準確預測的自然災害，一旦發生震級較大的地震將會對人民的生活財產造成極大的損失，零八年的汶川地震每個人都有所耳聞甚至親身經歷過，所以本文認為如今的建筑尤其是住宅在抗震性能方面一定要做好，要想在抗震方面做得越來越好，在進行建筑的抗震設計時就應充分考慮各方面的因素，從而為人們的生命財產安全做好保障。

參考文獻

[1] 田利芳.小高層住宅鋼筋混凝土結構體系抗震及經濟性能研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[2] 楊宇.高層住宅剪力墻結構抗震設計要點[J].建筑設計管理，2010，27（3）：40-42.

[3] 趙琳琳，吳楓南.高層住宅中框剪結構剪力墻抗震設計[J].門窗，2017（12）：150.

[4] 佚名.淺談高層建筑結構抗震設計[ED/OL].http：//www.civilcn.com/jiegou/jglw/lilun/1502351019328371.html，2017-8-10.