小高层建筑结构设计

小高层建筑结构设计探讨
摘要：随着我国城镇化建设脚步的加快，小高层建筑开始大范围的出现在大家的眼前。

基于小高层建筑容积率高于多层住宅，节约土地，投资成本较多层住宅有所降低；同时住宅的结构大多采用钢筋混凝土结构，从建筑的平面布置来看，则大多采用板式结构，在户型设计方面有较大灵活性，同时小高层住宅由于配备了电梯，增加了居住的舒适感等，小高层由于独特的优势而深受大众喜爱。

本文针对小高层建筑结构的设计进行探讨。

关键词：小高层建筑；结构设计；探讨
中图分类号： tu318 文献标识码： a 文章编号：
1.小高层建筑结构特点
1.1水平荷载成为决定性因素
建筑物自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑物高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与建筑物高度的二次方成正比；另外，对某一定高度建筑物而言，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

1.2轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的
下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

1.3侧移成为控制指标
与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。

随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

1.4结构延性是重要设计指标
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。

为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

2.小高层建筑结构设计
2.1抗震设计要求更高
在高层建筑结构的抗震设防设计时，要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载，还必须使建筑结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。

计算结构的延性是困难的，结构或构件的延性是通过一系列的构造措施实现的。

在高层建筑设计中，为使结构具有良好的延性，构件要有足够大的截面尺寸，柱的轴压比、梁和剪力墙的剪压比、构件的配筋率都要适宜，应遵照规范、规程的要求。

2.2概念设计与理论计算同等重要
概念设计是指一些难以做出精确力学分析或在规范中难以具体
规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，做出判断，以便采取相应措施。

概念设计带有一定经验性。

高层建筑结构的抗震设计计算是在一定假定条件下进行的。

尽管分析的手段不断提高，分析的原理不断完善，但是由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多。

尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件的局部开裂，甚至破坏，这时结构就很难用常规的计算原理去进行内力分析。

实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计，从整体上提高建筑的抗震能力，消除结构中的抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和结构措施，才能设计出具有良好抗震性能的高层建筑。

将注重概念设计作为高层建筑结构的最高原则提出其主要内容为：
应特别重视建筑结构的规则性(包括平面规则性和竖向规则性)。

合理选择建筑结构体系包括：a.明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；b.避免因部分结构构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力、风载和地震作用的能力；c.结构体系应具备必要的承载能力和良好的变形能力，从而形成良好的耗能能力。

采取必要的抗震措施提高结构构件的延性。

2.3减轻高层建筑自重比多层建筑更重要
减轻高层建筑的自重比多层建筑更有意义。

从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样的地基或桩基情况下，减轻房屋自重意味
着在不增加基础的造价和处理措施的前提下，可以多建层数，这在软弱土层上可能具有突出的经济效益。

地震效应与建筑的自重成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。

高层建筑的质量大了，不仅作用于结构上的地层剪力大，还由于重心高、地震作用倾覆力矩大对竖向构件产生很大的附加轴力，也造成很大的附加弯矩。

2.4结构整体稳定和倾覆问题
整体稳定。

建筑物在竖向荷载作用下由于构件的压屈，可能造成整体失稳。

我国国内高层建筑层数大多在40层以下，刚度很大，整体稳定一般不存在问题。

当高宽比h/b>5时应验算其整体稳定性。

倾覆问题。

高层建筑由于总高度值很大，基底面积小，在水平荷裁和水平地震作用下，产生很大的倾覆力矩，如果倾覆力矩超过稳定力矩，则建筑物将会发生倾覆，此方面地层灾害实例也已证实。

在抗倾覆验算中，倾覆力矩按风荷载或地震作用计算其设计值。

计算稳定力矩时，楼面活载取50％，恒载取90％，要求抗倾覆的稳定力矩不小于倾覆力矩设计值。

对于高度超过150m的高层建筑应进行整体稳定性及抗倾覆验算。

3.小高层建筑结构设计方案创新
3.1结构方案概述
某小区的某幢住宅，8层，一梯两户两单元，对称结构，层高均为2.90m，建筑物总高23.80m，长34.20m，宽14.70m，每层面积490平米，抗震烈度为6级，扬地土类别为三类，基本风压0.06kn/m，采用多层及高层建筑三维分析与软件设计程序及有关规范对不同
的结构方案进行计算并分析比较。

框架结构。

此方案的特点是一般用于多层结构及小高层结构、适用高度范围一般为60.0m一下（6级设防）。

框架结构布置灵活没，具有较大的是室内空间，只用较为方便。

填充墙可采用轻质隔墙，减轻结构自重。

但内凸的结构柱直接影响到户型的实际使用面积及家具布置。

异性柱框架结构。

这种结构体系是框架结构的一个派生结构形式，它除了具有框架结构的特点外，与墙同宽的异形柱很好地解决了建筑平面使用问题。

根据行业标准，异形柱结构适用的房屋最大为24m，本工程建筑正好适用。

异形柱框架剪刀墙结构。

这种结构体系是框架剪刀墙的一个派生结构形式，此方案的特点是利用楼电梯间做钢筋砼核心筒抵抗大部分水平荷载，异性柱主要承受竖向荷载，水平移位及层间位移大大减小。

同时，与墙同宽的异形柱又能很好地解决建筑平面使用问题。

短肢剪刀墙结构。

此方案的特点是适应建筑要求而形成的特殊的剪刀墙结构，根据建筑平面布置，在建筑物凹凸转角处布置各种形式的短墙肢，主要形式有：&mdash型、y型、+型、t型、z型等。

因采用这种结构体系时，将中部的电梯间、楼梯间和管道井四周的剪刀墙组成筒体结构，四周布置短肢剪刀墙，也可根据需要布置一些长肢墙，所以结构布置极为灵活，基本上能根据建筑的要求布置竖向受力构件。

4.2框架结构创新
小高层建筑一般采用的是砖混结构，所有墙体都是承重墙，不可随意拆除。

小高层采用的为框架结构或者框剪结构，在整体框架搭建。

完成后，墙体用空心砖或者轻质材料进行填充，可以随意进行墙体的拆除。

高层为框架剪力墙结构，除承重的剪力墙不可拆动，其余填充墙体均可进行拆动。

因此小高层在设计的过程中要做到框架结构布置灵活、室内空间较为宽大、符合人们日常需要，要根据各个地方的居住特点去进行最合理的设计。

框架结构建筑工期较短，中间可以使用空心砖或者轻质隔音材料进行填充墙的建造，优点就是可以做大限度减轻建筑本身自重，同时也可以做到空间的自由分割，对结构不造成影响。

当然框架结构也有自身的缺陷，就是承重柱的存在凹凸状，影响到室内一部分面积的使用，也给整体美观造成一定影响，给装修工作带来一定麻烦。

因此如何设计好承重柱给整体带来最少的影响成为建筑设计重要的工作之一。

小高层中异形柱框架剪力墙结构异形柱框架结构是框架结构的一种，它的异形柱和墙体宽度一致，这样设计的好处就是能很好解决建筑墙面使用中出现的凹凸问题。

5.结语
总而言之，高层建筑的高度和数量，从一个侧面反映一个国家科学技术水平和经济发展程度但对于高层建筑亦应适当控制，即要与原有建筑相协调，还要与城市历史特点相协调。

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