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摘 要：农村居民住宅建设过程中存在较大的结构安全隐患，本文通过文献资料分析和调研结果分析，归纳农村居民住宅中常用的建筑设计参数，利用PKPM结构设计软件，对不同层高下的两层小型框架结构构件截面尺寸进行研究，并结合相关规范标准对比分析，可为农村居民住宅建设提供参考。
关键词：小型住宅；框架结构；PKPM；截面尺寸
中图分类号：TU35 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）03-0155-02
1 引言
当前，农村居民住宅建设存在较多安全隐患，遇到各种自然灾害时往往引起房屋倒塌、损坏等事故，如广东、浙江等沿海地区就常有台风过后房屋倒塌的报道，根据《中国民政统计年鉴2011》，2010年由于台风造成的房屋倒塌数量就达到4.9万间[1]。根据2001年发布的《建筑工程施工许可管理办法》，对于工程投资额在30万以下或建筑面积在300平方米以下的农村居民住宅建筑工程，目前国家的相关法律规定在开工前是不需办理施工许可证[2]。正因为没有完善的规章制度监督这些小型的建筑工程，同时也由于经济相对落后和缺乏防灾知识等原因，导致了农村住宅建设过程中仍存在各种问题，如无正规设计、监管力度不够、施工缺乏指导、原材料不受控制、结构布局随意性大、整体性差等。当灾害发生时，首先发生破坏的往往是农村住宅，因此，有必要对这部分的小型住宅加以研究，确定相关结构构件的最小尺寸，以指导农村居民进行住宅建设。2 广东农村地区小型框架结构常见的建筑设计参数确定
2.1 文献资料总结
为了推行新型农村住宅建设，广东曾编制了各种建筑图集，如《岭南新民居-广东省社会主义新农村住宅设计图集》等[3]，通过收集各种农村住宅建设建筑方案，发现与结构安全有关的重要建筑参数有住宅的开间、进深尺寸，房间的类型，建筑的布局等。
2.2 调查数据分析
经过对各种图集的详细研究，并结合实际广东农村住宅的调查数据，对比分析得出目前在广东农村新建的小型框架结构住宅的一些常用设计参数。南方地区由于天气炎热，为了使房屋更通风凉爽，房间尺寸通常会略大一点，其中厨房、卧室的尺寸则比厅房的略小点。一般来说，房间常用的开间多为3.3m、3.6m、3.9m、4.2m、4.5m、4.8m等，进深则要比开间略大，多为4.2m、4.5m、4.8m、5.1m、5.4m甚至6m以上等，而层高则多为3m、3.3m、3.6m等。
由于广东各地区的地形地貌不尽相同，导致了住宅风格也存在差异，在建筑布局上有着各自的特点。对于新建的房屋，多为框架结构和砖混结构，其布局上更多的是开间、进深的不同，房间的类型则大同小异，基本可以分为口字型，田字形，日字型等简化的建筑布局，在相同风荷载、地震荷载等作用下，田字形的建筑布局是对柱、梁、板的尺寸选取影响较大，因此本文选取田字形平面布置的房屋进行分析比较。
3 不同层高下的结构构件截面尺寸分析比较
现取其中一个常用的开间3.6m，进深4.5m，并以一个简化的建筑布局如图1，利用PKPM结构设计软件，进行建模分析。在考虑楼梯布置对框架结构的影响下，并在满足各种周期比、层间位移、挠度、裂缝、轴压比等规范要求的条件下，按承载能力极限状态设计，按正常使用极限状态进行验算，研究结构构件的最小截面尺寸。
3.1 基本参数
设模型地区在广州，抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，环境类别为一类，场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.5KN/ m2，按普通的住宅建筑做法，柱梁板采用现浇混凝土，混凝土强度等级为C25，墙体材料采用实心灰砂砖，外墙厚度180mm，内墙厚度120mm，计算楼板、梁、楼梯等荷载。楼面恒载按普通装修做法计算，梁恒载按实心灰砂砖墙取线荷载等；对于活荷载，取楼面活荷载为2KN/m2，屋顶按上人屋顶设计，取2KN/m2，楼梯间取3.5KN/m2。
3.2 利用PKPM结构设计软件建模分析
当层高为3m时，经PKPM结构设计软件建模分析，并调整控制之后，得柱梁板的最小截面尺寸如表1。此时通过SATWE分析结果图形和文本显示可知，当调整为表1的尺寸的情况下，部分结果分析达到接近限值的要求。其中，楼板的最大挠度为17.46mm，小于挠度限值3600/200=18mm；上人屋顶的最大挠度为17.11mm，小于18mm；柱的最大轴压比为0.83，小于轴压比限值0.85；梁的最大挠度为22.1mm，小于梁挠度限值4500/200=22.5mm；结构的最大层间位移为1/961，小于规范中框架結构的最大层间位移1/550；周期比为0.8351，小于规范中扭转第一周期不应大于平动第一周期的0.9，以上限值均满足规范要求。加大角柱和外边梁的尺寸，是为了控制第一、第二振型为平动，使周期比满足规范。
当层高为3.3m时，经PKPM建模分析，并调整之后，得柱梁板的最小截面尺寸如表1所示。此时部分结果分析如下：楼板的最大挠度为17.46mm，小于挠度限值3600/200=18mm；上人屋顶的最大挠度为17.11mm，小于18mm；柱的最大轴压比为0.79，小于轴压比限值0.85；梁的最大挠度为21.4mm，小于梁挠度限值4500/200=22.5mm；结构的最大层间位移为1/962，小于规范中框架结构的最大层间位移1/550；周期比为0.8545，小于规范中扭转第一周期不应大于平动第一周期的0.9，以上限值均满足规范要求。
按照此计算分析方法，对于一些层高较大的两层小型框架结构住宅，同样可计算出其界面尺寸。如当层高为3.6m和4.2m时的柱梁板的最小截面尺寸，如表1所示：
4 与设计规范构造尺寸要求的对比分析 在相关建筑结构设计规范中，对框架结构住宅的结构最小截面尺寸都有相应的约束。在《建筑抗震设计规范》中规定，柱截面的宽度和高度，当抗震强度为四级或不超过2层时不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；梁的截面尺寸，宽度不宜小于200mm，截面高度比不宜大于4，净跨与截面高度之比不宜小于4；板的厚度，对于单向板，屋面板和楼板的最小厚度为60mm，对于双向板，最小厚度为80mm。
从表1可知道，当两层框架结构采用开间进深为3.6m×4.5m，其结构构件尺寸在不同层高下，会有所不同。其中梁板的最小截面尺寸都大于规范中要求的最小截面尺寸，主要是因为本文的研究设计主要是针对特定常见的一种开间进深，并且由于选择的建筑布局方案也对梁板的挠度影响较大。而部分柱的截面尺寸要小于规范中的适宜尺寸，究其原因，主要是规范是为了使设计住宅能处于更安全的状态，而本文在研究设计时，考虑的是住宅在此尺寸之下，抗震性能较接近于危险的情况，各项指标接近于规范中控制指标的限值之内，如位移比，周期比等等，但仍然满足规范要求。这也是目前一两层小型框架结构住宅在实际的建设当中，仍会有人使用比规范小的柱截面尺寸，却并没有导致房屋坍塌的原因之一。
综上所述，通过表1可以发现，随着层高的增大，由于荷载的增加，梁柱的截面尺寸也会相应增加。由于规范当中要求必须考虑楼梯的斜撑作用对框架结构的影响，在布置楼梯之后，两层的框架结构在抗震设计时，容易出现第一、第二振型为扭转，为了控制其周期比满足规范要求，需要相应的加大角柱、边柱、边梁等外围结构的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。
因而，当两层小型的框架结构使用这样的3.6m开间，4.5m进深时，并且建造的环境材料等方面因素是与本文建模的条件相近时，只要结构截面尺寸按规范构造要求选取，如布置柱的最小尺寸为300mm×300mm，梁的尺寸选取200mm×400mm，楼面板的最小尺寸为80mm，上人屋面板的最小尺寸为100mm，同时适当增大角柱、边柱、外边梁的尺寸，适当增大与楼梯间相邻较大跨度板的板厚或增加布置次梁，符合安全使用要求。
结论
通过文献资料分析和调研结果分析，归纳农村居民住宅中常用的建筑设计参数，利用PKPM结构设计软件，对不同层高下的两层小型框架结构构件截面尺寸进行计算，并结合相关规范标准对比分析，得出两层小型框架结构在一定的开间和进深范围内，主要结构构件尺寸只要满足规范构造要求，即符合安全使用要求，结果可为农村居民住宅建设提供參考。
参考文献
[1]中国民政统计年鉴2011[M].北京：中国统计出版社，2011.
[2]建筑工程施工许可管理办法[S].中华人民共和国建设部，2001.
[3]广东省住房和城乡建设厅，广东省文明办.岭南新民居-广东省社会主义新农村住宅设计图集[M].广东：岭南美术出版社，2010.
基金项目：广东省科技计划项目：农村住宅抗风减灾关键技术研究（项目编号：2010B031000026）。
作者简介：茹湖智（1987-），男，广东阳江人，硕士研究生；谢小妍（1959-），女，广东开平人，教授。
关键词：小型住宅；框架结构；PKPM；截面尺寸
中图分类号：TU35 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）03-0155-02
1 引言
当前，农村居民住宅建设存在较多安全隐患，遇到各种自然灾害时往往引起房屋倒塌、损坏等事故，如广东、浙江等沿海地区就常有台风过后房屋倒塌的报道，根据《中国民政统计年鉴2011》，2010年由于台风造成的房屋倒塌数量就达到4.9万间[1]。根据2001年发布的《建筑工程施工许可管理办法》，对于工程投资额在30万以下或建筑面积在300平方米以下的农村居民住宅建筑工程，目前国家的相关法律规定在开工前是不需办理施工许可证[2]。正因为没有完善的规章制度监督这些小型的建筑工程，同时也由于经济相对落后和缺乏防灾知识等原因，导致了农村住宅建设过程中仍存在各种问题，如无正规设计、监管力度不够、施工缺乏指导、原材料不受控制、结构布局随意性大、整体性差等。当灾害发生时，首先发生破坏的往往是农村住宅，因此，有必要对这部分的小型住宅加以研究，确定相关结构构件的最小尺寸，以指导农村居民进行住宅建设。2 广东农村地区小型框架结构常见的建筑设计参数确定
2.1 文献资料总结
为了推行新型农村住宅建设，广东曾编制了各种建筑图集，如《岭南新民居-广东省社会主义新农村住宅设计图集》等[3]，通过收集各种农村住宅建设建筑方案，发现与结构安全有关的重要建筑参数有住宅的开间、进深尺寸，房间的类型，建筑的布局等。
2.2 调查数据分析
经过对各种图集的详细研究，并结合实际广东农村住宅的调查数据，对比分析得出目前在广东农村新建的小型框架结构住宅的一些常用设计参数。南方地区由于天气炎热，为了使房屋更通风凉爽，房间尺寸通常会略大一点，其中厨房、卧室的尺寸则比厅房的略小点。一般来说，房间常用的开间多为3.3m、3.6m、3.9m、4.2m、4.5m、4.8m等，进深则要比开间略大，多为4.2m、4.5m、4.8m、5.1m、5.4m甚至6m以上等，而层高则多为3m、3.3m、3.6m等。
由于广东各地区的地形地貌不尽相同，导致了住宅风格也存在差异，在建筑布局上有着各自的特点。对于新建的房屋，多为框架结构和砖混结构，其布局上更多的是开间、进深的不同，房间的类型则大同小异，基本可以分为口字型，田字形，日字型等简化的建筑布局，在相同风荷载、地震荷载等作用下，田字形的建筑布局是对柱、梁、板的尺寸选取影响较大，因此本文选取田字形平面布置的房屋进行分析比较。
3 不同层高下的结构构件截面尺寸分析比较
现取其中一个常用的开间3.6m，进深4.5m，并以一个简化的建筑布局如图1，利用PKPM结构设计软件，进行建模分析。在考虑楼梯布置对框架结构的影响下，并在满足各种周期比、层间位移、挠度、裂缝、轴压比等规范要求的条件下，按承载能力极限状态设计，按正常使用极限状态进行验算，研究结构构件的最小截面尺寸。
3.1 基本参数
设模型地区在广州，抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级，环境类别为一类，场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.5KN/ m2，按普通的住宅建筑做法，柱梁板采用现浇混凝土，混凝土强度等级为C25，墙体材料采用实心灰砂砖，外墙厚度180mm，内墙厚度120mm，计算楼板、梁、楼梯等荷载。楼面恒载按普通装修做法计算，梁恒载按实心灰砂砖墙取线荷载等；对于活荷载，取楼面活荷载为2KN/m2，屋顶按上人屋顶设计，取2KN/m2，楼梯间取3.5KN/m2。
3.2 利用PKPM结构设计软件建模分析
当层高为3m时，经PKPM结构设计软件建模分析，并调整控制之后，得柱梁板的最小截面尺寸如表1。此时通过SATWE分析结果图形和文本显示可知，当调整为表1的尺寸的情况下，部分结果分析达到接近限值的要求。其中，楼板的最大挠度为17.46mm，小于挠度限值3600/200=18mm；上人屋顶的最大挠度为17.11mm，小于18mm；柱的最大轴压比为0.83，小于轴压比限值0.85；梁的最大挠度为22.1mm，小于梁挠度限值4500/200=22.5mm；结构的最大层间位移为1/961，小于规范中框架結构的最大层间位移1/550；周期比为0.8351，小于规范中扭转第一周期不应大于平动第一周期的0.9，以上限值均满足规范要求。加大角柱和外边梁的尺寸，是为了控制第一、第二振型为平动，使周期比满足规范。
当层高为3.3m时，经PKPM建模分析，并调整之后，得柱梁板的最小截面尺寸如表1所示。此时部分结果分析如下：楼板的最大挠度为17.46mm，小于挠度限值3600/200=18mm；上人屋顶的最大挠度为17.11mm，小于18mm；柱的最大轴压比为0.79，小于轴压比限值0.85；梁的最大挠度为21.4mm，小于梁挠度限值4500/200=22.5mm；结构的最大层间位移为1/962，小于规范中框架结构的最大层间位移1/550；周期比为0.8545，小于规范中扭转第一周期不应大于平动第一周期的0.9，以上限值均满足规范要求。
按照此计算分析方法，对于一些层高较大的两层小型框架结构住宅，同样可计算出其界面尺寸。如当层高为3.6m和4.2m时的柱梁板的最小截面尺寸，如表1所示：
4 与设计规范构造尺寸要求的对比分析 在相关建筑结构设计规范中，对框架结构住宅的结构最小截面尺寸都有相应的约束。在《建筑抗震设计规范》中规定，柱截面的宽度和高度，当抗震强度为四级或不超过2层时不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；梁的截面尺寸，宽度不宜小于200mm，截面高度比不宜大于4，净跨与截面高度之比不宜小于4；板的厚度，对于单向板，屋面板和楼板的最小厚度为60mm，对于双向板，最小厚度为80mm。
从表1可知道，当两层框架结构采用开间进深为3.6m×4.5m，其结构构件尺寸在不同层高下，会有所不同。其中梁板的最小截面尺寸都大于规范中要求的最小截面尺寸，主要是因为本文的研究设计主要是针对特定常见的一种开间进深，并且由于选择的建筑布局方案也对梁板的挠度影响较大。而部分柱的截面尺寸要小于规范中的适宜尺寸，究其原因，主要是规范是为了使设计住宅能处于更安全的状态，而本文在研究设计时，考虑的是住宅在此尺寸之下，抗震性能较接近于危险的情况，各项指标接近于规范中控制指标的限值之内，如位移比，周期比等等，但仍然满足规范要求。这也是目前一两层小型框架结构住宅在实际的建设当中，仍会有人使用比规范小的柱截面尺寸，却并没有导致房屋坍塌的原因之一。
综上所述，通过表1可以发现，随着层高的增大，由于荷载的增加，梁柱的截面尺寸也会相应增加。由于规范当中要求必须考虑楼梯的斜撑作用对框架结构的影响，在布置楼梯之后，两层的框架结构在抗震设计时，容易出现第一、第二振型为扭转，为了控制其周期比满足规范要求，需要相应的加大角柱、边柱、边梁等外围结构的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。
因而，当两层小型的框架结构使用这样的3.6m开间，4.5m进深时，并且建造的环境材料等方面因素是与本文建模的条件相近时，只要结构截面尺寸按规范构造要求选取，如布置柱的最小尺寸为300mm×300mm，梁的尺寸选取200mm×400mm，楼面板的最小尺寸为80mm，上人屋面板的最小尺寸为100mm，同时适当增大角柱、边柱、外边梁的尺寸，适当增大与楼梯间相邻较大跨度板的板厚或增加布置次梁，符合安全使用要求。
结论
通过文献资料分析和调研结果分析，归纳农村居民住宅中常用的建筑设计参数，利用PKPM结构设计软件，对不同层高下的两层小型框架结构构件截面尺寸进行计算，并结合相关规范标准对比分析，得出两层小型框架结构在一定的开间和进深范围内，主要结构构件尺寸只要满足规范构造要求，即符合安全使用要求，结果可为农村居民住宅建设提供參考。
参考文献
[1]中国民政统计年鉴2011[M].北京：中国统计出版社，2011.
[2]建筑工程施工许可管理办法[S].中华人民共和国建设部，2001.
[3]广东省住房和城乡建设厅，广东省文明办.岭南新民居-广东省社会主义新农村住宅设计图集[M].广东：岭南美术出版社，2010.
基金项目：广东省科技计划项目：农村住宅抗风减灾关键技术研究（项目编号：2010B031000026）。
作者简介：茹湖智（1987-），男，广东阳江人，硕士研究生；谢小妍（1959-），女，广东开平人，教授。