（广东省科技干部学院 广东 珠海 519090）
【摘 要】随着我国城镇化水平的进一步提高，高层建筑得到广泛应用。商住两用的小高层建筑结构常用矩形柱框剪结构和异形柱框剪结构，这两种结构形式在建筑功能、受力性能和经济性能方面各有优劣，本文以一栋商住两用小高层原型为研究对象，采用两种结构方案分别建立计算模型进行结构分析，对比其在地震作用下的力学性能和经济性能的差异性，从而为小高层商住两用建筑结构设计提供科学的依据。
【关键词】商住两用小高层；抗震性能；经济性能；设计依据
The optimization design of small high-rise building of residential complex on the
earthquake and the economic performances
Yu Yong-xiu
【Abstract】With China’s urbanization level is further increased, the high-rise building is widely used. The small high-rise building structure of residential complex usually adopts cut rectangular column frame shear structure with special-shaped columns frame shear structure. These two kinds of structure forms of stress function in the use of performance and economic performance each have advantages and disadvantages. This paper uses a small high-rise residential for study, by using two different structural systems in establishing calculating model and analysis them, to compere the mechanical and economic properties under seismic action. Then we provide a scientific basis for the selection of small high-rise building structure of residential complex usually.
【Keywords】Small high-rise building structure of residential complex usually; Seismic performance; Economic performance; Design consideration
【中图分类号】TU318 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）10-0038-03
1.引言
小高层商住两用建筑因为其能满足底部商用上部住宅的功能，在目前国内得到非常广泛的应用，这建筑结构基本上采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，这种结构既具有框架结构布置灵活，使用方便的特点，又具有较大的刚度和较强的抗侧能力。框架剪力墙结构可以根据柱子的截面形式不同也可以分成矩形框架-剪力墙结构体系和异形柱框架-剪力墙结构。矩形柱的受力性能好，但这种结构露梁露柱不能满足建筑美观和住宅家具摆放不便的问题。异形柱截面厚度可以做到同墙厚或比墙厚稍大，可以避免矩形柱框架剪力墙结构的缺点，但从受力特点上来看，异形柱本身的抗剪性能很差，T形、L形、Z形截面在地震力的作用下产生的扭矩比较大，而截面的厚度又较薄，很容易产生裂缝，特别是梁柱节点的抗剪能力很小。在实际工程中这两种结构形式如何兼顾建筑功能和受力性能，本文运用中国建筑科学研究院开发的PKPM系列的SATWE软件，以一实际工程为例，根据现行结构设计规范进行结构设计和分析，对计算结果进行抗震性能与经济指标的比较分析，找出它们在自振周期、水平位移、结构稳定、层抗剪能力等指标之间的异同，从而对小高层商住两用结构体系提出设计建议，以供实际工程设计参考。
2.工程实例介绍
2.1 工程概况
本工程为商住综合楼，一层为层高6m的商场，标准层为层高3.2m的住宅，建筑方案如下。标准设防类，地上11层，无地下室，结构抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，Ⅲ类场地，设计地震分组为第一组。基本风压值0.7kN/m2，地面粗糙度类别为B类。
图1 首层平面图 层高：6.0m
3.设计方案
采用矩形柱框架剪力墙结构和异形柱框架剪力墙结构（如图3和图4）两种方案，两种方案剪力墙尺寸相同：一层横墙厚350mm，纵墙300mm，二至十一层横墙厚250mm，纵墙200mm；
框架柱的尺寸取值受到轴压比与剪压比的影响，特别是异形柱抗剪能力较弱，受剪压比的影响很大，根据轴压比与剪压比的限值，矩形柱尺寸取值：一层柱600×600mm，二至四层柱500×500mm，五至十一层柱400×400mm。异形柱尺寸取值：一至七层T形柱900×900×300mm，L形柱950×950×300mm；八至十一层T形柱600×600×250mm，L形柱800×800×250mm。
图4 异形柱框架剪力墙结构方案
4.抗震性能分析
应用SATWE软件根据工程情况选取合理的设计参数进行结构整体计算分析，两种结构方案的层刚度比、抗剪承载力比、剪重比、刚重比等指标均满足规范限值，本文重点分析两种结构方案在多遇地震作用下的自振周期和振型等分布规律、变形特征（层间位移、层间位移比）、内力（楼层地震剪力）、经济技术指标。通过对比分析，得出两种结构体系在地震中变现出来的性能优劣，为实际工程设计人员选取优秀的设计方案提供参考。
4.1 结构振型和振动周期变化分析
振型和周期是反映结构整体侧移刚度和抗扭刚度的主要指标，分析结果如表2。
4.4 两种结构方案超筋超限比较
异形柱结构由于剪压比的要求较高，梁柱节点很易出现剪压比超限的现象，故异形柱尺寸需取值较大，当满足剪压比要求时，柱轴压比相对较小，因此对异形柱尺寸取值决定于剪压比，而非轴压比。在矩形柱结构方案中，柱尺寸沿竖向高度变了三次截面：一层柱600×600mm，二至四层柱500×500mm，五至十一层柱400×400mm，截面尺寸变化较大；异形柱尺寸沿高度只变化一次：一至七层T形柱900×900×300mm，L形柱950×950×300mm；八至十一层T形柱600×600×250mm，L形柱800×800×250mm，载面变化较小。
由于异形柱的尺寸较大，异形柱的剪力及弯矩较大，导致与柱相连的框架梁的内力较大，梁尺寸也需相当加大。
4.5 经济技术指标比较
通过表5数据比较发现异形柱方案无论混凝土用量还是钢筋用量都比矩形柱方案用的多，单位用量增加10%左右。
5.结语
方案设计时无论是矩形柱框剪结构还是异形柱框剪结构剪力墙的布置起到决定作用，柱的类型对振型、周期、位移等整体指标影响微小。
矩形柱方案中，矩形柱尺寸主要受轴压比的影响，规范规定的框剪结构框架柱轴压比限值较大，因此柱尺寸取值可相对较小，且每隔四至五层可逐渐减小。柱尺寸较少，刚度较少，梁柱的内力较少，混凝土和钢筋用量较少。
异形柱方案中，异形柱的抗剪能力很弱，梁柱节点剪压比很难满足，因此梁柱尺寸取值较大，柱平面尺寸相比矩形柱增大50%左右。框架的侧移刚度较大，内力较大，钢筋用量较大。由于随着层数的增高，梁柱节点剪力减少较少，因此异形柱尺寸随层数增多递减的意义不大。
对于底层商用部分来说，矩形柱尺寸较小，使用空间开阔，使用方便；异形柱尺寸较大，影响商场的使用功能。
对于上部住宅部分来说，矩形柱外露，会影响住宅使用功能；异形柱肢厚最大300mm，对住宅使用功能影响很小。
在结构选型时，如果对商场的使用功能要求不很高，造价能承受10%左右的幅度，异形柱框剪结构是一种理想的方案。
参考文献
[1]刘卓异.异形柱框架结构设计常见问题[J].山西建筑,第36卷31期，3,2002.
[2]刘威等.钢筋混凝土异形柱框架低周反复加载试验[J].结构工程师,3,2002.
[3]黄锐.抗震设防高烈度区异形柱结构设计应注意的两个问题[J].结构工程师,3,2005.
[4]李国胜.多高层建筑混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京：中国建筑工业出版社,2004.
作者简介：于永修，1977年11月,男,汉,山东莱西,讲师，研究生,结构工程。
论文作者:于永修
论文发表刊物:《建筑知识》2017年10期
论文发表时间:2017/7/10
标签：结构论文; 异形论文; 矩形论文; 尺寸论文; 梁柱论文; 框架论文; 方案论文; 《建筑知识》2017年10期论文;