浅谈高层住宅结构抗震设计

陶鹏 邱柠 唐建

摘 要 研究表明，现在的日常生活中框架剪力墙结构在高层住宅结构中开始被广泛的使用，在高层建筑结构设计中，要科学把握异形柱和剪力墙的优缺点，优化结构的布置，最大程度发挥结构的抗震性能。本文主要分析了剪力墙的结构布置原则及优缺点，为了逐渐提高高层建筑的抗震性能。

关键词 异形柱框架结构;剪力墙;抗震;高层住宅

引言

随着人口的快速增长，人们经济收入和生活质量不断提升，人们对住宅的要求不再是农耕时代的有房可居这样简单，城市化进程的不断加快，建设需要的用地变得越来越紧张，在该背景下，高层建筑逐步也是必然增多。在现在的高层建筑建设中，框剪结构被广泛应用于各个项目中，因为框剪结构可以灵活进行空间排布，并且抗侧力大。本文简单分析一下异形柱框架结构和剪力墙结构的优缺点。

1异形柱框架结构

1.1 钢筋混凝土异形柱框架结构的定义及特点

钢筋混凝土异形柱框架结构是指框架柱全部或部分采用肢长与肢厚比在2～4的L形、T形、十字形截面柱与梁、楼板形成柱子不露在外面的隐形框架承重结构，并且采用轻质隔墙作为隔热、保温围护结构的框架结构[1]，如图1所示：

这种结构有着很多显而易见的优点：

（1）提高房间的有效面积比。异形柱框架结构能够避免因为采用矩形柱而形成的柱楞，从而使房间整体的视觉效果和平面布置得到了极大改善，因而受到了用户的广泛喜爱。该体系的优点是异形柱的肢宽与墙厚相等或稍宽，经大数据计算，这种结构与普通的框架结构相比，能够增加使用面积在5%～10%左右。

（2）提高房间的使用质量。使得室内的空间更加整齐，家具更加容易摆设，尤其如果是在层数较多的情况下，如果采用矩形柱的形式，柱子必然会外露较多，房间整体的居住和使用效果将会受到相当大程度的限制，并且不美观。

（3）条件允许的情况下可以使用新型墙体材料。由于是框架承重，墙体可采用轻质墙体材料碎渣砖、粉煤灰加气混凝土砌块等，一方面可以节约耕地，为农民作出贡献;另一方面大量利用工业废料，还可以减少污染，净化环境，为国家的环境建设做贡献。

（4）实现住宅大开间模式。由于采用全框架的结构形式，与传统的砖混结构相比，能够获得相对较大的使用空间，满足接待、学习、居住、工作等等多个方面的功能要求，而且墙体均采用填充墙，可用轻质墙体材料按照住户要求任意分隔，墙下可以不设置梁，在极大程度上地满足了住户的个性化需求。

（5）减小地震的作用，减少花在基础上的费用。因为采用轻质墙体材料，大幅度的减小了结构自重，从而地震作用减小， 减少地基基础处理费用，进一步降低了工程施工成本。

（6）极大程度改善建筑的物理性能。使用新型墙体材料，实践表明，轻质隔墙的隔声、隔热等效果比传统的砖墙要优秀很多。

（7）抗震性能相对较好。为了进一步加强对城市地震的管理和保护人民的生命和财产的保护，国家对新的城市建筑的地震设计提出了更严格的要求，再次强调在抗震设防区砖混结构房屋设计时必须严格执行《建筑抗震设计规范》中相关规定，严格限制了传统砖混结构的层数及高度。但随着国家经济的飞速发展，城市的建筑用地越来越紧张，导致土地的征地价格日益上涨，开发商及建设单位在进行住宅建设时都倾向于在有限的土地内获得更经济的建筑面积，在底层一般为正负零以下尽可能设计出较大的空间最好是设置商业网点，来解决社区内的大部分服务问题，所以增加如今建筑的层数及高度是必然的，传统的砖混结构房屋工程造价比较低，但是抗震性能相对较差，显然逐渐已不能满足人们日益严格的要求。异形柱框架结构体系自然成为一种替代传统砖混结构的体系，基本能够满足上述条件，还可以满足如今住宅建筑房间开间大，室内分隔布置灵活，阳台洞口尽可能大的条件。异形柱框架结构体系的抗震性能也显然优于传统的砖混结构建筑，在不限高的地区也能建造的相对高一些，并且其工程成本比一般框架结构更低，相对效益好。总的来说，异形柱框架结构就是一种工程成本低，抗震性能好，能够适应如今城市住宅建筑日益发展需要的相对优秀的新型结构体系。

1.2 异形柱设计的一般规定

按现有的计算水平，想要计算地震作用的精确数值是还有一些难度的， 异形柱框架结构体系具有特别的力学特性。

（1）结构竖向布置。异形柱框架结构体系沿竖向的刚度变化和质量分布应相对均匀，避免出现过大的悬挑、内收，從而出现结构的质量和刚度发生突变的情况，以及产生薄弱层塑性变形集中的现象。现有研究数据表明， 异形柱框架结构体系在一般情况下最下层是薄弱层，可以通过在底层设置纵、横向设支撑的方法来控制薄弱层。

（2）结构平面布置。在一个相对独立的结构单元中，异形柱框架应双向布置，整体的平面形状应规则、对称，质量和刚度宜均匀分布，最大程度达到房屋的刚度中心和质量中心重合的效果，这样能够最大程度上减小因为扭力带来的对结构的负面影响，避免产生结构的扭转效应[2]。

2剪力墙结构优缺点分析

2.1 剪力墙结构的优点

剪力墙结构整体性能良好，具有较高的经济性、较优秀的空间连接性。剪力墙结构较大的侧向刚度，决定了这种结构在水平作用力下产生的位移较小。如今在进行城市高层建筑设计时通常会规划相对多的使用空间，每一块使用空间自身的功能都很明确，隔墙将使用房间和客厅分割成各种小的空间，更加人性化。现浇剪力墙结构实现了承重墙和分隔墙的科学合并，使高层建筑的整体经济效益在很大程度上有了提高。另一方面，高层建筑使用剪力墙结构可以使房间内的梁和柱隐藏，室内可用空间增加，室内整体的美观程度会有很大的改善。剪力墙的结构形式相对简单，房间布置相对容易，和框架结构作比较，剪力墙的结构形式可以承载更重的竖向荷载和水平荷载的作用力。所以，现代高层建筑建设中广泛应用该技术。

2.2 剪力墙结构的缺点

上面简单分析了剪力墙结构的优点，不过同时剪力墙结构肯定也有一些缺点，比如：剪力墙结构中大部分为混凝土浇筑的墙体，这样就必然增加了建筑物重量，在抗震性能上有不利影响，虽然剪力墙结构的侧向刚度大，不过必然也会产生相对较大的地震作用。另一方面剪力墙结构形式中，配筋率较低，很大程度上降低了结构的延展性，很大程度上限制了结构承载能力的发挥[3]。

3剪力墙的结构布置

简单分析一下剪力墙的结构布置，在剪力墙结构设计的时候，墙体的整体布置原则一般是沿着主轴方向和其它方向双向布置，尽量不出现单向布置的情况，这样是为了在整体的空间性能表现更好，使两个方向的抗侧刚度差距尽可能的小。另一方面，在剪力墙结构设计的时候，往往将墙肢设计成T或者L形，还要确保设计的墙肢轴压比最大程度的偏小，再通过增加纵筋和箍筋的配筋率的方法来增强墙肢的抗震性能，严禁出现“一”字形剪力墙。最后，为了保证高层住宅建筑整体的安全性和实用性，高厚比通常设计在8以上。

在剪力墙结构设计的时候，要尽量不出现楼面主梁放在剪力墙上的情况，如果实在无法避免出现这种情况，可以通过在剪力墙相应部位设置暗柱的方法来解决。关于墙肢方面，墙肢的截面要设计的尽量简单、规则，拥有的竖向刚度应尽可能均匀分布，在墙上的开洞的洞口纵向应对齐、成列排布，墙肢和连梁应该尽量清楚。另一方面，在设计剪力墙的时候，如果出现梁高大于 2.5 倍墙身厚度的情况，暗转配筋率应该确保正确计算，同时还要确保转角处墙肢足够长，如果有条件的情况下，可以在转角处设置两个长度足够长的墙肢。另一边也要保证墙身厚度要大于160mm，应该通过合理使用构造配筋的方法来让剪力墙结构的抗震性能有效提高[4]。

4结束语

综上，异形柱框架结构和剪力墙结构的优缺点大概就是上述这些内容。地震是不可准确预测的自然灾害，一旦发生震级较大的地震将会对人民的生活财产造成极大的损失，零八年的汶川地震每个人都有所耳闻甚至亲身经历过，所以本文认为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来越好，在进行建筑的抗震设计时就应充分考虑各方面的因素，从而为人们的生命财产安全做好保障。

參考文献

[1] 田利芳.小高层住宅钢筋混凝土结构体系抗震及经济性能研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[2] 杨宇.高层住宅剪力墙结构抗震设计要点[J].建筑设计管理，2010，27（3）：40-42.

[3] 赵琳琳，吴枫南.高层住宅中框剪结构剪力墙抗震设计[J].门窗，2017（12）：150.

[4] 佚名.浅谈高层建筑结构抗震设计[ED/OL].http：//www.civilcn.com/jiegou/jglw/lilun/1502351019328371.html，2017-8-10.