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摘要：由于在小高层住宅结构设计中，水平荷载起着决定性的作用，结构侧移成为结构设计的主要因素，因此抗侧力结构的设计成为关键，抗侧刚度的取值直接关系到结构安全和技术经济合理性。一般来说，抗侧力构件数量越多，结构的抗震性能就越好，但如果抗侧力构件的数量过多超过了合理数量时，不仅会增加建筑物的工程造价，使基础的设计难度增大。而且由于随着抗侧力结构数量的增多，结构的抗侧刚度也会随之增大，自震周期缩短，地震作用增大。所以，在进行小高层住宅结构设计时，应确定出抗侧力结构的最佳数量，从而使结构能兼顾抗震性和经济性两方面的要求。
关键词： 高层建筑；抗侧刚度；抗震性能；水平荷载；工程造价；框架结构；钢结构；剪力墙结构
1引言
可以应用于小高层住宅的结构体系较多，如普通砌体结构、矩形柱框架结构、矩形柱框架-剪力墙结构、异型柱框架结构、异型柱框架-剪力墙结构、一般剪力墙结构、短肢剪力墙结构、配筋砌体剪力墙、钢框架结构等多种结构形式。上述多种结构形式如果以承重材料区别可分为三大类：普通砌体结构、钢结构、混凝土结构,下面就这三种结构形式分别用于小高层住宅时，作简要比较分析。
2 普通砌体结构
中国是传统的砌体大国，所建造的砖房大多在六层左右。我国现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 对砌体结构的限制非常严格，规范以强制性条文的形式对砖混结构进行双控：既控制结构的总高又控制结构的层数，这相对规范对其它形式的结构只控制结构的总高是一个明显的区别。
在六度区采用普通实心砖最高可建 8 层，（七度区砌体结构当采用隔震措施，且水平减震系数不大于 0.5 时，可按六度区相关规定执行）这种普通砌体结构的小高层因为土建成本低、施工速度快，在六度区中小城镇很受开发商及住户的欢迎。相对于欧美国家对于无筋砌体只能用于二、三层的小型建筑，我国规范普通无筋砌体高度及层数是欧美规范的三至四倍。为保证结构的安全，对于六度区七层及八层砌体结构，《抗规》除了对层数及总高有严格限制外，对其构造要求也有严格的限制。
3 钢结构
钢材因为强度高、韧性大、重量轻、与材料力学假定基本相符，是很理想的建筑材料。另外钢结构构件可在工厂加工，缩短现场施工期，提高施工效率。衡量一个项目结构是否合理，用钢量是一个重要指标，但也不是唯一指标。据某高层住宅统计分析，当采用钢结构时，承重构件所占面积约是混凝土结构的 1/3，工期约相当于混凝土结构的 1/2。但在目前我国房地产销售基本上是按建筑面积计算、人工费在总投资所占比例很低、建设周期是非主导因素等诸多的前提下，钢结构这些优势在开发商看来，并没有太大的吸引力。相反钢结构主体结构成本高、施工技术难度大、主体结构需定期防腐耐火处理、隔音效果差等缺点是开发商和住户所不能接受的。据工程测算，一般钢结构主体成本是钢筋混凝土结构的 1.5-2.0 倍，所以今后一定时期内，以赢利为主要目的高层住宅开发中，钢结构体系所占比重不会提高。
4 混凝土结构
钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，并可浇筑成各种复杂断面，钢材用量少，但承载力却不低，侧向刚度大，节点可靠性高，抗震性能虽不及钢结构，但经合理设计也可获得很好的抗震性能。
一、普通框架结构和普通框架柱-剪力墙结构
普通框架结构是由线形杆件-梁和柱组成，框架柱作为建筑的竖向承重构件，同时也承受水平荷载，因结构构件所占面积很小，可以更加灵活的布置室内空间，使用上更加方便。框架结构一般都是使用轻质隔墙与外墙，结构自重较轻。 框架结构用于单元式住宅时，因为房间开间大小不一，柱网很难对齐，导致结构受力不尽合理。由于框架结构的抗侧移刚度全部由框架柱提供，随着层数的增加，柱断面也会增大很多，但因为填充墙厚度较小，框架柱大部分暴露在室内，影响家具布置及室内美观，这是住户所不愿接受的。
从受力角度来看，框架结构在水平力作用，整体呈现剪切变形特征，抗侧移刚度低，水平位移大。虽然通过增大柱断面、采用高强度钢筋和混凝土、增大结构配筋率可以使框架结构获得更大的延性。但当高层建筑遭遇到更大的地震作用时，结构的变形会很大，導致非结构构件的严重破坏，带来更大的次生灾害。
目前普通框架结构在高层居住建筑使用很少，大多数工程为层数不太多且存在将来有可能改变使用功能的中高层公寓或宾馆中。在普通单元式住宅中，基本上不再采用此种结构体系。
在矩形框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架-剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活，使用方便的特点，又有较大的刚度和抗侧移能力。如果把剪力墙集中布置在电梯井、楼梯间、管道井等部分形成筒体时，就形成了抗震能力更强的框架-筒体结构，因为筒体的剪力墙空间协同工作，较单片剪力墙承载能力的承载能、侧向刚度、抗扭转能力都大大提高。
框架-剪力墙在水平作用下，框架呈剪切变形，剪力墙呈弯曲变形，二者通过刚性楼板协同工作，共同抵抗水平作用。由于两个结构的协调工作，使框架和剪力墙变形趋于一致，减小层间位移及顶点位移，对抗震非常有利。
二、异形柱框架结构和异形柱-剪力墙结构
异形柱框架结构是我国特有的一种结构体系，天津市上世纪 70 年代在住宅建设中开始应用异型柱框架结构。所谓异形柱是异形截面框架柱的简称，这是指在满足结构强度和刚度的前提下，根据房间布置情况以及柱子具体位置需要而采用的肢长与肢厚比小于 4，截面几何形状为 L 形、T 形、Z 形或十字形的柱子，柱肢厚及梁宽与填充墙等厚，形成了不露柱子的隐型框架承重结构。一般常见的异形柱截面形式见图 4。相对于矩形柱框架结构，异形柱框架最大的优点是解决了框架柱凸出墙面的问题，满足了人们对居住性建筑舒适美观的要求，异形柱结构在 90 年代后期在全国范围内迅速普及。
三、剪力墙结构
剪力墙结构是指纵横向主要承重构件和抗侧力构件全部为钢筋混凝土墙的结构，墙体同时又起到空间分割和外维护作用，墙体高度自基础至屋顶从几十米到一百多米不等，厚度一般为 200~350mm 左右，最小可到 160mm，剪力墙结构的墙间距一般在 5~8 米，施工方便，这些特点很适合在住宅、公寓等类建筑中使用，我国目前高层住宅建筑中，剪力墙结构所占的比例最大。
短肢剪力墙结构是普通现浇剪力墙结构的一种特殊形式，现在广泛应用在小高层住宅，我国目前规范对此种短肢剪力墙没有相应的系统设计规范，在实际项目中，结构工程师对短肢剪力墙的判定存在很多误区。
装配整体式剪力墙结构又称为混凝土空心砌块配筋砌体结构，简称为 RM 结构，在西方属于很成熟的结构体系，在美国已建成 28 层的配筋砌体结构。RM 结构的本质还是剪力墙结构，但其用墙体钢量约为现浇剪力墙的 1/2，基本上取消了墙体模板，但砌筑质量要求较普通砌体更加严格，构造较复杂，目前 RM 结构在我国尚处于推广阶段，短肢剪力墙结构与配筋砌体结构是本文研究的重点。
5结语
小高层住宅的平面和立面均不很复杂，随着结构设计分析软件的逐渐完善，只要能够选择适当的分析软件，建立准确的整体分析模型，输入正确的设计参数，就能够保证结构计算的准确性，反映出结构的实际受力状态。在层数及建筑平面确定的情况下，能否选择恰当的结构方案是决定一个项目成败的关键，而结构方案的核心内容就是结构体系的确定。
参考文献：
[1] 王墨耕,王汉东. 多层及高层建筑配筋混凝土空心砌块砌体结构设计手册[M]. 合肥:安徽科学技术出版社,1998.
[2] 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
作者简介：丁博，男，汉族，宁夏中卫人，2006年毕业于西安交通大学土木工程专业，获工学学士学位，助理工程师，现主要从事结构设计方面的工作。
关键词： 高层建筑；抗侧刚度；抗震性能；水平荷载；工程造价；框架结构；钢结构；剪力墙结构
1引言
可以应用于小高层住宅的结构体系较多，如普通砌体结构、矩形柱框架结构、矩形柱框架-剪力墙结构、异型柱框架结构、异型柱框架-剪力墙结构、一般剪力墙结构、短肢剪力墙结构、配筋砌体剪力墙、钢框架结构等多种结构形式。上述多种结构形式如果以承重材料区别可分为三大类：普通砌体结构、钢结构、混凝土结构,下面就这三种结构形式分别用于小高层住宅时，作简要比较分析。
2 普通砌体结构
中国是传统的砌体大国，所建造的砖房大多在六层左右。我国现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 对砌体结构的限制非常严格，规范以强制性条文的形式对砖混结构进行双控：既控制结构的总高又控制结构的层数，这相对规范对其它形式的结构只控制结构的总高是一个明显的区别。
在六度区采用普通实心砖最高可建 8 层，（七度区砌体结构当采用隔震措施，且水平减震系数不大于 0.5 时，可按六度区相关规定执行）这种普通砌体结构的小高层因为土建成本低、施工速度快，在六度区中小城镇很受开发商及住户的欢迎。相对于欧美国家对于无筋砌体只能用于二、三层的小型建筑，我国规范普通无筋砌体高度及层数是欧美规范的三至四倍。为保证结构的安全，对于六度区七层及八层砌体结构，《抗规》除了对层数及总高有严格限制外，对其构造要求也有严格的限制。
3 钢结构
钢材因为强度高、韧性大、重量轻、与材料力学假定基本相符，是很理想的建筑材料。另外钢结构构件可在工厂加工，缩短现场施工期，提高施工效率。衡量一个项目结构是否合理，用钢量是一个重要指标，但也不是唯一指标。据某高层住宅统计分析，当采用钢结构时，承重构件所占面积约是混凝土结构的 1/3，工期约相当于混凝土结构的 1/2。但在目前我国房地产销售基本上是按建筑面积计算、人工费在总投资所占比例很低、建设周期是非主导因素等诸多的前提下，钢结构这些优势在开发商看来，并没有太大的吸引力。相反钢结构主体结构成本高、施工技术难度大、主体结构需定期防腐耐火处理、隔音效果差等缺点是开发商和住户所不能接受的。据工程测算，一般钢结构主体成本是钢筋混凝土结构的 1.5-2.0 倍，所以今后一定时期内，以赢利为主要目的高层住宅开发中，钢结构体系所占比重不会提高。
4 混凝土结构
钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，并可浇筑成各种复杂断面，钢材用量少，但承载力却不低，侧向刚度大，节点可靠性高，抗震性能虽不及钢结构，但经合理设计也可获得很好的抗震性能。
一、普通框架结构和普通框架柱-剪力墙结构
普通框架结构是由线形杆件-梁和柱组成，框架柱作为建筑的竖向承重构件，同时也承受水平荷载，因结构构件所占面积很小，可以更加灵活的布置室内空间，使用上更加方便。框架结构一般都是使用轻质隔墙与外墙，结构自重较轻。 框架结构用于单元式住宅时，因为房间开间大小不一，柱网很难对齐，导致结构受力不尽合理。由于框架结构的抗侧移刚度全部由框架柱提供，随着层数的增加，柱断面也会增大很多，但因为填充墙厚度较小，框架柱大部分暴露在室内，影响家具布置及室内美观，这是住户所不愿接受的。
从受力角度来看，框架结构在水平力作用，整体呈现剪切变形特征，抗侧移刚度低，水平位移大。虽然通过增大柱断面、采用高强度钢筋和混凝土、增大结构配筋率可以使框架结构获得更大的延性。但当高层建筑遭遇到更大的地震作用时，结构的变形会很大，導致非结构构件的严重破坏，带来更大的次生灾害。
目前普通框架结构在高层居住建筑使用很少，大多数工程为层数不太多且存在将来有可能改变使用功能的中高层公寓或宾馆中。在普通单元式住宅中，基本上不再采用此种结构体系。
在矩形框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架-剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活，使用方便的特点，又有较大的刚度和抗侧移能力。如果把剪力墙集中布置在电梯井、楼梯间、管道井等部分形成筒体时，就形成了抗震能力更强的框架-筒体结构，因为筒体的剪力墙空间协同工作，较单片剪力墙承载能力的承载能、侧向刚度、抗扭转能力都大大提高。
框架-剪力墙在水平作用下，框架呈剪切变形，剪力墙呈弯曲变形，二者通过刚性楼板协同工作，共同抵抗水平作用。由于两个结构的协调工作，使框架和剪力墙变形趋于一致，减小层间位移及顶点位移，对抗震非常有利。
二、异形柱框架结构和异形柱-剪力墙结构
异形柱框架结构是我国特有的一种结构体系，天津市上世纪 70 年代在住宅建设中开始应用异型柱框架结构。所谓异形柱是异形截面框架柱的简称，这是指在满足结构强度和刚度的前提下，根据房间布置情况以及柱子具体位置需要而采用的肢长与肢厚比小于 4，截面几何形状为 L 形、T 形、Z 形或十字形的柱子，柱肢厚及梁宽与填充墙等厚，形成了不露柱子的隐型框架承重结构。一般常见的异形柱截面形式见图 4。相对于矩形柱框架结构，异形柱框架最大的优点是解决了框架柱凸出墙面的问题，满足了人们对居住性建筑舒适美观的要求，异形柱结构在 90 年代后期在全国范围内迅速普及。
三、剪力墙结构
剪力墙结构是指纵横向主要承重构件和抗侧力构件全部为钢筋混凝土墙的结构，墙体同时又起到空间分割和外维护作用，墙体高度自基础至屋顶从几十米到一百多米不等，厚度一般为 200~350mm 左右，最小可到 160mm，剪力墙结构的墙间距一般在 5~8 米，施工方便，这些特点很适合在住宅、公寓等类建筑中使用，我国目前高层住宅建筑中，剪力墙结构所占的比例最大。
短肢剪力墙结构是普通现浇剪力墙结构的一种特殊形式，现在广泛应用在小高层住宅，我国目前规范对此种短肢剪力墙没有相应的系统设计规范，在实际项目中，结构工程师对短肢剪力墙的判定存在很多误区。
装配整体式剪力墙结构又称为混凝土空心砌块配筋砌体结构，简称为 RM 结构，在西方属于很成熟的结构体系，在美国已建成 28 层的配筋砌体结构。RM 结构的本质还是剪力墙结构，但其用墙体钢量约为现浇剪力墙的 1/2，基本上取消了墙体模板，但砌筑质量要求较普通砌体更加严格，构造较复杂，目前 RM 结构在我国尚处于推广阶段，短肢剪力墙结构与配筋砌体结构是本文研究的重点。
5结语
小高层住宅的平面和立面均不很复杂，随着结构设计分析软件的逐渐完善，只要能够选择适当的分析软件，建立准确的整体分析模型，输入正确的设计参数，就能够保证结构计算的准确性，反映出结构的实际受力状态。在层数及建筑平面确定的情况下，能否选择恰当的结构方案是决定一个项目成败的关键，而结构方案的核心内容就是结构体系的确定。
参考文献：
[1] 王墨耕,王汉东. 多层及高层建筑配筋混凝土空心砌块砌体结构设计手册[M]. 合肥:安徽科学技术出版社,1998.
[2] 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
作者简介：丁博，男，汉族，宁夏中卫人，2006年毕业于西安交通大学土木工程专业，获工学学士学位，助理工程师，现主要从事结构设计方面的工作。