多层住宅结构体系综合分析研究--优秀毕业论文.pdf

授予单位代码 学号或申请号 密级 郑 州大学 硕士学位论文 工程硕士 论文题目 多层住宅结构体系综合分析研究 作者姓名 学科门类 专业名称 导师姓名 职称 郝建军 工学 建筑与土木工程 王新玲教授 2 0 0 7 年4 月2 0 日 郑州人学硕士学位论文 摘要 进入二十一世纪 我国住宅建设面临持续大发展局面 住宅产业己是带动 整个国民经济发展的支柱产业和新增长点 而住宅结构体系的选择是影响住宅使 用功能 造价和工期的重要因素 为了保护耕地 节约能源 提高结构的抗震性 能 满足2 l 世纪住宅结构体系可持续发展的要求 对多层住宅结构体系的选型 分析 成为进一步研究的课题 本文通过一系列的分析 对目前多层住宅采用何种结构体系进行了有益的 研究和探索 主要内容如下 首先 对多层住宅结构的发展概况进行了综述 介绍了目前常用的多层住 宅结构体系 总结了各结构体系的特点和结构布置原则 其次 以典型的六层住宅工程为例 分别采用砖混结构 混凝土框架结构 新型复合结构 利用目前常用的设计软件p k p m 分析比较了三种结构的振型 层间位移等结构性能 最后 对三种结构的工程造价进行了分析比较 对新型复合结构的墙体节 能设计进行了研究 对节能造价进行了估算 为新型复合结构应用于工程建设提 供了更好的依据 并对今后的研究工作和发展方向进行了展望 关键词 多层住宅 结构性能 综合分析 节能 l i 郑州大学硕士学位论文 a b s t r a c t o u rc o u n t r yw i l lb ec o n f r o n t e dw i t ht h ec o n t i n u o u sb o o mo ft h er e s i d e n f i a l c o n s t r u c t i o ni nt h e2 1 t hc e n t u r y t h er e s i d e n c ei n d u s t r yh a sb e e nt h eb a c k b o n e i n d u s t r yw h i c hd r i v e st h ew h o l en a t i o n a le c o n o m y sd e v e l o p m e n ta n dn e wg r o w t h p o l e w h e r e a st h es e l e c t i o no f r e s i d e n t i a ls t r u c t u r a ls y s t e mi st h ei m p o r t a n ti n g r e d i e n t w h i c hi n f l u e n t sr e s i d e n t i a lf u n c t i o n so f u s e c o s ta n dc o n s t r u c t i o n i no r d e rt op r o t e c t t i l t ha n de n e r g y i m p r o v es t r u c t u r a ls e i s m i ca b i l i t y s a t i s f yf o rt h ep e r s i s t e n c e d e v e l o p m e n to f r e s i d e n c es t r u c t u r a ls y s t e mi nt h e2 1 t hc e n t u r y s e l e c t i n ga n a l y s i so f m u l t i l a y e rr e s i d e n c es t r u c t u r a ls y s t e ms h o u l db ef u r t h e rr e s e a r c h e d i nt h i sp a p e r as e r i e so f a n a l y s i si sd o n et or e s e a r c h s t r u c t u r a ls y s t e m so f t h em u l t i l a y e rr e s i d e n c e s t h em a i nc o n t e n t sa sf o l l o w s f i r s to fa l l t h ed e v e l o p m e n tg e n e r a ls i t u a t i o n sa n ds t r u c t u r es y s t e m sa n d s t r u c t u r ea r r a n g e m e n to f r e s i d e n c es t r u c t u r e sw e r es u m m a r i z e d s e c o n d l y f o ras i xs t o r e yr e s i d e n c ea sae x a m p l e d i f f e r e n ts t r u c t u r a ls y s t e m s s u c ha sb r i c kb l e n ds t l b c l r e r e i n f o r c e dc o n c r e t ef l a m es t r u c t u r ea n dn e wc o m p o u n d s t r u c t u r a ls y s t e mw e r ea n a l y z e d t h es t r u c t u r a lv i b r a t i o ns h a p e s t o r e yd i s p l a c e m e n t o f t h et h r e es t r u c t u r e sa l ec o m p a r e db ys t r u c t u r a lc a l c u l a t i o ns o f tp k p m i nt h ee n d t h ee n g i n e e r i n gc o s t so f t h r e es t r u c t u r e sa r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d t h ew a l l se n e r g yc o n s e r v a t i o no f t h en e wc o m p o u n ds t r u c t u r a ls y s t e mi sd e s i g n e d t h e c o s to fe n e r g yc o n s e r v a t i o ni se s t i m a t e d t h ed i r e c t i o no fi n v e s t i g a t i o na n d d e v e l o p m e n tf o rt h ef u t u r ei se x h i b i t e d k e yw o r d s m u l f i l a y e rr e s i d e n c e s t r u c t u r a lp e r f o r m a n c e s y n t h e s i sa n a l y s i so f b u i l d i n g e n e r g yc o n s e r v a t i o n n l 郑州大学硕士学位论文 第一章绪论 住宅是离人们日常生活最近也是生活中必不可少的一种特殊的商品 像其 它社会产品一样 随着时代的发展和人民生活水平的提高 住宅的开发与设计也 需要不断地创新与进步 多层住宅也从最初的仅仅满足人们生存居住的单一功能 逐步发展成为符合现代人最新理念的集精神与物质 居住与文化 生态等为一体 的多维度的产品 1 1 多层住宅发展概况 1 1 1 住宅的分类及特点 建筑按层数一般划分为三大类 即低层 多层 和高层 低层为3 层以下 4 6 层为多层 7 层以上为高层 超过1 0 0 米称为超高层 国家在2 0 0 5 年发布 的 民用建筑设计通则 g b 5 0 3 5 2 2 0 0 5 中 对民用建筑高度与层数的设计 做了明确地规定 1 3 层为低层住宅 4 6 层为多层住宅 7 9 层为中高层住 宅 1 0 层以上为高层住宅 此外 在工程设计和房地产业中 通常把7 1 2 层 的住宅 称为小高层住宅 低层住宅 低层住宅的特点是 层数少 上下联系方便 平面布置紧凑 结构单一 平面组合灵活 既能适应较大 标准较高的要求 又能适应标准较低的居住情况 多层住宅 多层住宅的定义 多层住宅一般指4 6 层高的住宅 借助公共楼梯解决垂 直交通 是一种极具代表性的城市集合住宅 郑州大学硕士学位论文 多层住宅在我国目前新建或正在建造的城镇住宅中占9 0 以上 多层的优 点在于 1 它比低层住宅在占地上要节省 同时又比高层住宅建设工期短 一 般开工一年内即可竣工 2 公摊面积少 无需像高层住宅需要增加公共走道 电梯 高压水泵等方面的投资 物业费也较低 整体的性能价格比高 3 结构 设计成熟 通常采用砖混结构 建材可就地生产 可大量工业化 标准化生产 因此 多层住宅造价较低 价格适中 易于被普通消费者接受 高层住宅 高层住宅是城市化 工业现代化的产物 按它的外部体形可分为塔式 板 式和墙式 按它的内部空间组合可分为单元式和走廊式 高层住宅一般设有电梯 作为垂直交通工具 为此国家还明确规定 1 2 层及1 2 层以上的高层住宅 每幢 楼设置电梯不少于两部 高层住宅的优点是可以节约土地 增加住房和居住人口 建造和使用高层住宅也有不足之处 如 投资大 高层建筑的钢材和混凝土消耗 量都高于多层建筑 加上要配置电梯 高压水泵 增加公共走道和门窗 一次性 投入很大 另外使用后 还要为电梯 泵站修缮养护付出一笔经常性费用等等 小高层住宅 所谓小高层住宅是指层数为7 层 1 l 层的住宅 其平面布局类似于多层住 宅 有载人电梯但无消防电梯 小高层住宅实际上是中高层住宅 7 层至9 层 和l o 层至l l 层的高层住宅相加在一起的概念 l o 小高层住宅具有如下优点 2 1 1 节约用地 尺度适宜 小高层住宅也是 一种高层住宅 因此同多层住宅相比 具有节约用地的明显效果 其建筑尺度也 比较合适 以一幢l l 层的小高层住宅为例 其高度约为3 l 米 容易形成居住建 筑的特点和氛围 以观赏角度看 比较接近自然 不太压抑 2 户型优越 提 高了生活质量 以单元式为例 小高层住宅同多层住宅相比 平面布局基本相同 具有良好的通风 采光 观景效果和良好的户内布局 虽然多加了一部电梯 由 于每户分摊的公用面积并不大 易为购房者所接受 同时 给老 弱 病 残 孕居民上下楼以及搬运重物等带来极大的方便 3 投资少 工期短 难度低 由于小高层住宅层数较低 结构体系简单 抗风 抗震要求都不如一般的高层建 2 郑州大学硕士学位论文 筑 对于开发商来说 投资较少 工期较短 资金和人员均容易周转 而回报并 不低 因此受到他们的欢迎 1 1 2 多层住宅发展现状 随着我国经济的迅速发展 作为人们正常生活基本条件的住宅发生了很大 的变化 建筑功能越来越灵活 平面布置越来越合理 满足正常的使用要求之外 结构体系不断变化 结构的抗震性能和安全度越来越高 逐渐趋于合理 建国初期 我国直接借用了当年先进的苏联砌体结构设计理论和计算方法 3 1 1 4 1 所建住宅主要是低标准的砖混结构 以二 三层为主 具有结构简单 旅 工快 装修材料简单 造价低的特点 解决了当时条件下的住房问题 这些结构 的墙体砌筑砂浆很多采用粘土 质量很差 室内装修标准很低 有的没有地圈梁 及屋面圈梁 很多住宅未作抗震设计 这些建筑在大中城市许多己被拆除 代之 以新的结构体系的住宅 到了8 0 年代中期 我国粘土砖的年产量己达到了世界各国粘土砖产量总和 的水平 建成大批的砖混结构住宅 层数达到了五 六层 作为一种过渡的住宅 结构类型 多层砖混结构在计划经济向市场经济过渡的过程中发挥了一定的积极 作用 满足了人们基本的面积指标要求 近二十几年来 在粘土砖的砌筑方面 创造了多种合理的 快速施工方法 以加快工程进度并保证砌筑质量 在开发适 用新材料方面 扩大了块材的品种 已从单一的烧结普通砖发展到使用承重粘土 多孔砖和空心砖 非烧结硅酸盐砖和各种砌块等品种 在技术方面 则采用了配 筋砌体等等 同时 我国砌体结构已建立了一整套完整的设计和计算方法 并制 定了具有我国特色的设计施工规范 如1 9 7 3 年颁布的我国第一部 砖石结构设 计规范 g b j 3 7 3 1 9 8 9 年颁布的 砌体结构设计规范 g b j 3 8 9 建筑抗 震设计规范 g b j l l 8 9 等 根据这些规范设计的住宅结构 墙体采用高标号的 砖和砂浆砌筑 装修标准有很大的提高 地震区基本按抗震要求设计了一定数量 的圈梁和构造柱 受力性能进一步合理 我们看到多层砖混结构优点的同时 也应注意到其不足 5 该结构占用耕 地多 自重较大 地震作用大 整体性不强 结构抗剪 抗拉 和抗弯能力很低 郑州大学硕士学位论文 抗震性能较差 6 1 国内外实际震害表明 砖混结构的破坏率较耐3 1 1 7 到了9 0 年代初期 钢筋混凝土结构在住宅中广泛应用 分析其原因主要有 以下几点 1 生活水平的提高和消费观念的改变 使得人们在对房屋使用功能 提出较高要求的同时 对房屋的质量 性能尤其是结构的抗震性能也提出了更高 的要求 过去 住宅的造价以结构为主 建筑装修和设备都比较简单 更没有地 价 拆迁 城市建设等大笔费用 而当前的住宅建筑中结构造价占整个建筑造价 的比例越来越小 因此 采用钢筋混凝土结构作为承重体系 提高结构的安全度 增加的费用是极其有限的 对大城市的住宅 这样做对建筑总造价的影响更小 3 2 现在建筑物内各种设施和财产价值越来越高 对结构的安全系数和抗震性能 自然会提出更高的要求 此外 随着生产和生活方式的更新 人们希望建筑物在 使用过程中具有更大的灵活性 能够适应功能变换的需求 3 对可持续发展愈 来愈重视 可持续发展对结构的耐久性提出了更高的要求 使用更坚固的结构 延长建筑物的寿命 有利于节约资源和保护环境1 2 4 住房改革己经制度化 住 宅已成为商品 国家不再是城市物业的唯一投资者和拥有者 过去业主只是国家 国家不堪统建城镇房屋的重负 只能采取低标准 低安全度的设计原则 现在业 主是百姓自己 对安全度的要求就会提高 因此 为了满足广大用户的要求 结构工程师结合目前的国家土地使用政 策 在大中城市先后采用了矩形柱框架 异形柱框架及短肢剪力墙结构作为住宅 的承重体系 这些结构具有不同的特点 其中 矩形柱结构抗震性能比较理想 8 9 但不能满足室内美观的要求 异形柱结构是一种新型住宅结构 它的设计和研究 工作仅二十年左右 它用轻质材料作填充墙 具有质轻 保温 增加使用面积和 节约土地资源等优点 这类结构是我国创造的 符合我国国情的节能结构 刀 但 是 由于多肢的存在 其剪力中心与截面形心往往不重合 在受力状态下各肢产 生翘曲正应力和剪应力 导致异形柱脆性明显 变形能力降低 埘 异形柱框架结 构没有经过地震的考验 试验证明异形柱框架结构抗震性能不够理想 其节点部 位比较薄弱 尤其是l 形柱 其梁柱节点承载力比矩形柱框架节点承载力低 3 3 h i 剪力墙结构一股分为小开间 大开问两种布置方案 适合相对规则的平 面和相对规则的房间分割 目前 在剪力墙和异形柱的基础上 形成一种住宅结 构 即 短肢剪力墙结构 满足了室内美观要求的同时 结构的抗震性能更趋 4 郑州大学硕七学位论文 合理 这些结构虽然在广东 深圳 重庆等地使用较多 建成了大量的住宅 由 于传统习惯和经济原因 多用在小高层 关于这类结构使用在多层住宅中是否经 济 合理的比较研究较少 1 1 3 多层住宅发展趋势 随着我国住房制度的改革及社会和经济的不断发展 住宅已逐渐成为一种 新兴产业而走向市场 由于住宅文化的兴起及日益深化 人们住宅理念不断成熟 多层住宅面临 着新理念的冲击呈现出各种不足 1 地价升值 随着房地产发展 住房市场的成熟 在建房 购房的整体预 算中 建安成本已不再是唯一和主要因素 而相对的地段 环境价值都已成为左 右住宅经济性的主要关注点 受到高层开发的冲击 多层住宅的容积率在开发中 受到挑战 逐渐地丧失了其作为最经济 最物美价廉的住宅商品的优势 2 平面不灵活 与现在的轻质高强度建筑材料相对比 以及在大量快速建 造的灵活空间 大开闻的使用要求面前 砖混建筑结构体系的自身弱点逐渐明显 成为阻碍住宅建设现代化 产业化的不利因素 3 粘土砖禁用 随着城市建设的发展 居住质量的不断改善以及住宅建设 量的猛增 市场上耕地减少 能源匮乏的现象日渐显著 出于对节能 环保及生 态环境的整体考虑 既破坏耕地又浪费能源的粘土砖由于其显而易见的缺陷而被 禁用 目前 我国已处在市场经济条件下 住宅已逐渐商品化 作为投资者 希 望所建的房屋价廉物美 在满足市场需要的同时 个人或企业有所发展 而作为 住户则既考虑造价 又考虑房屋的质量 也就是综合考虑结构的抗震性能及经济 指标 8 0 年代以来 我国的经济形势发生了根本的变化 人民生活水平进一步 提高 房屋的装修质量不断提高 住宅的结构造价占整个建筑造价的比例越来越 小 中小城市商品房的售价约为2 0 0 0f r j m 2 2 0 0 1 年我国商品房平均售价为 2 2 2 6 y r m 2 其中 土建成本费仅8 0 0f r d m 2 左右 而结构造价大概不到3 0 0 元 m 2 l 如因此 方面应当采用适当的住宅结构体系 提高结构的抗震和安全性 5 郑州大学硕 学位论文 能 满足用户需要 另一方面 应该通过综合分析结构体系的抗震性能和经济指 标 为建设者 开发商选择结构类型 决定投资方向及投资规模提供依据 并为 消费者选择理想的住宅结构提供重要参考 总之 通过住宅结构体系及经济性能 的分析 寻找合理的使用范围 对更好的发展住宅建设 满足人民长远的生活需 要 建设更好更多的绿色住宅具有重要意义 1 2 问题的提出及本文的研究内容 1 2 1 问题的提出 我国人口的增长与城市化进程加快必然引发更高的住房需求 为了满足我 国人民群众日益增长的住房需求 加快住房建设从粗放型向集约型转变 推进住 宅产业现代化 提高住宅质量 1 9 9 9 年国务院转发了国家八部委局 关于推进 住宅产业现代化 提高住宅质量的若干意见 国办发l 1 9 9 9 7 2 号 明确提出 要开发和引进先进的住宅建筑体系和成套的工程技术 提高住宅建设的工业化水 平和标准化水平 节能高效 全面提高住宅质量 从而以此形成产业链 带动相 关行业的发展 形成国民经济可持续的增长点 为贯彻落实国办发l 1 9 9 9 7 2 号文件 建设部等4 个部委局于1 9 9 9 年1 2 月6 日联合发出 关于在住宅建设中 淘汰落后产品的通知 其中实心粘土砖被列入逐步禁用的产品 体现了政府在 住宅产业中的政策导向性 1 3 住宅产业现代化是生产力发展和科技进步的必然趋势 它包括住宅建筑和 结构两大体系的产业现代化 这两大体系之间 结构体系的现代化是住宅产业现 代化的必要条件 没有结构体系的现代化 肯定没有住宅产业的现代化i 虽然 在新型建筑材料和结构体系的研究方面开展了许多工作 但目前尚 未有经济 合理 性能良好的结构形式来完全取代 其次 新型结构体系中相关构配件主要是配套墙体的选用往往是其进一步 推广应用的关键 当前市场上的轻型墙体形式多样 规格杂乱 有轻质加气混凝 土板 蒸压轻质加气混凝土 a l c 板 g r c 夹心复合板 泰柏板 刨花板 稻草板以及加气混凝土砌块或各种复合石膏板等 其中 大多数墙体材料无法完 6 郑州大学硕士学位论文 全满足住宅建筑中隔热保温 耐火及隔音性能的要求 因此 加强研究及开发性 能合理 价格适中且满足住宅建筑的各项使用要求的轻型墙体材料也是结构研究 的一项重要任务 住宅建设量大面广 改革开放以来 住宅建设一直是城乡建设的热点 量 大而面广 进入二十一世纪 我国住宅建设又面临持续大发展局面 住宅产业己 是带动整个国民经济发展的支柱产业和新增长点 而住宅结构体系的选择是影响 住宅使用功能 造价和工期的重要课题 所以 新型住宅结构体系的研究已进入 大规模的实施阶段 如前所述 多层住宅具有得天独厚的技术优势 也是我国当前的主要的住 宅形式 由于粘土砖逐步将被全面禁止使用 新的结构体系还有待于迸一步研究 和实践 本文研究的目的就是对多层住宅体系进行总结 同时对新型复合结构体系 的应用进行初步探讨 1 2 2 研究内容 本文通过一系列的分析 对目前多层住宅常用的结构体系进行了有益的研 究和探索 主要内容如下 1 介绍了目前多层住宅采用的几种典型的结构体系 总结了各结构体 系的受力特点及应用 2 以典型的六层住宅工程为例 分别选用砖砌体混合结构 钢筋混凝 土框架结构 新型复合结构体系 1 4 1 1 s l 1 6 f 切 利用目前常用的设计软件p k p m 在考虑各种荷载组合的情况下 分析比较了结构的受力 抗震性能及其它指标 建议多层住宅的结构体系 3 对砖砌体混合结构 钢筋混凝土框架结构 新型复合结构进行了经 济分析比较 4 对墙体节能设计进行了分析比较 对节能造价进行了估算 5 总结了全文的工作 并对今后多层住宅结构体系的研究和发展方向 进行了展望 7 郑州大学硕士学位论文 第二章多层住宅结构体系性能分析 住宅的结构是指住宅的承重骨架 如房屋的梁柱 承重墙等 其作用是保证 住宅在使用期限内 把作用在住宅上的各种荷载或作用力 可靠地承担起来 同 时在保证住宅的强度 刚度和耐久性的情况下 把所有的作用力可靠地传到地基 中去 2 1 多层住宅常用结构体系 住宅建筑的形式由于有多种多样 加上其房间面积大小 开问进深以及组 合方式的不同 相应采用的结构也就有所不同 多层住宅的结构形式主要是以其 承重结构所用的材料来划分的 一般可以分为砖混结构 钢筋混凝土结构 钢结 构以及近年出现的多种新型复合结构等几种形式 2 1 1 砖混结构 砖混结构是指建筑物中竖向承重结构的墙 壁柱等采用砖或砌块砌筑 柱 梁 楼板 屋面板 桁架等采用钢筋混凝土结构 通俗地讲 砖混结构是以小部 分钢筋混凝土及大部分砖墙承重的结构 又称混合结构 因为砖混结构的主要承 重结构是粘土砖 所以砖的形状及强度就决定了房屋的强度 一般情况下 砖的 形状越规则 砖和砂浆的强度越高 灰缝越薄越均匀 砌体的强度就越高 房屋 的安全性就越大 砖混结构的优点主要表现在 由于砖是最小的标准化构件 对施工场地和施工技术要求低 可砌成各 种形状的墙体 各地都可生产 它具有很好的耐久性 化学稳定性和大气稳定性 郑州大学硕士学位论文 可节省水泥 钢材和木材 不需模板 造价较低 施工技术与施工设备简单 砖的隔音和保温隔热性要优于混凝土和其他墙体材料 因而在住宅建设 中运用得最为普遍 砖砌体混合结构按竖向荷载的承重结构类型可以分为横墙承重体系 纵墙 承重体系 纵横墙承重体系 内框架承重体系和底部框架上部砖砌体承重体系 见图2 1 c 图2 一l 砖砌体结构种类 a 横墙承重体系 b 纵墙承重体系 c 纵横墙承重体系 d 内框架承重体系 e 底部框架承重体系 9 郑州大学硕十学位论文 2 1 2 钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构住宅是指房屋的主要承重结构 如柱 梁 板 楼梯 屋 盖用钢筋混凝土制作 墙用砖或其他材料施工建造的房屋 这种结构具有抗震性 能好 整体性强 抗腐蚀 耐火能力强等优点 并且房间的开问 进深相对较大 室内活动空间也相应增加 室内空间分隔较自由 钢筋混凝土结构建筑依其施工 方式的不同可分为 现浇钢筋混凝土结构 预制装配式钢筋混凝土结构及装配式 整体式钢筋混凝土结构三大类 钢筋混凝土结构比砖混结构强度高 抗震性能好 具有良好的可塑性 建 筑平面布置灵活 同时 比钢结构造价便宜 耐火性能好 结构刚度大 用于 住宅的钢筋混凝土结构体系主要有 1 框架结构 当采用梁 柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构 并同时承受水平荷 载时 称为框架结构体系 框架结构的优点是建筑平面布置灵活 立面也可变化 通常 梁 柱断面 尺寸都不能太大 否则影响使用面积 因此 框架结构的侧向刚度较小 水平位 移大 这是它的主要缺点i l9 框架结构的共同特点是空间大 灵活性好 易于满足建筑造型及大空间要 求 且自重轻 但由于住宅中房间分隔一般都不规则 因此柱网难以布置 而且 由于柱截面大于隔墙厚度而造成柱子外凸 影响家具布置和美观 从受力角度看 其抗侧力性能较差1 2 0 i 2 1 1 抵抗水平荷载能力较低 地震作用下变形大 通过合理设计 框架结构本身的抗震性能良好 能承受较大变形 但是 变形大了容易引起非结构构件 如填充墙 装修等 出现裂缝及破坏 影响安全 通常根据使用要求和建筑布置确定的柱网和层高布置梁和柱 梁的跨度受 到梁断面尺寸的限制 过大的梁断面会增加层高 既不经济又对抗震不利 柱断 面的尺寸要根据所承受轴力和弯矩的大小确定 在地震区 柱断面尺寸受到轴压 比限制 不能过小 梁 柱布置要整齐 规则 如图2 2 为常用的框架柱网布置 1 0 郑州大学硕士学位论文 c r 1 ii i ii q t 工 j j j j 上 j j j j 1 iiii 工iii 图2 2 框架结构柱网布置举例 2 壁板轻框节能住宅体系 嘲 壁板轻框节能住宅体系主要由复合墙板与隐形框架构成 其中复合墙板包 括密肋复合墙板 空心钢筋混凝土板 轻骨料混凝土板等 壁板轻框节能住宅体 系的特点 抗震性能好 结构自重轻 地震反应小 整体性好 具有较强的耗能能力 抗倒塌能力 与砖混结构相比 极限承载力提高1 1 6 1 1 8 倍 变形能力提高2 倍 以上 变形性能介与框架与抗震墙结构之间 结构适应性强 密肋壁板轻框结构适用于多层 中高层 小高层 住宅建筑 也可与其它结构体系组合使用 同时 由于墙体厚度的减小 使其净使用面积增 大5 8 郑州大学硕士学位论文 节能效果佳 本结构体系密肋复合墙板保温性能好 2 5 0 m m 厚外墙总热 阻大于6 1 0 m m 厚粘土实心砖墙 接近4 9 0 m m 厚空心砖墙 利用工业废渣 保护 环境 节约土地 施工速度快 密肋复合墙板既可工厂化生产 也可现场制作 但该结构 体系节点构造和结构计算复杂 不利于大面积推广 2 1 3 钢结构 钢结构承重体系主要是钢框架体系 楼面结构是钢梁和楼面板的组合 而 围护墙体采用轻质材料 2 4 1 1 2 5 2 6 1 2 7 1 为了加强钢结构的侧向刚度 抵抗风荷载和 地震作用 通常采用槽钢或角钢在墙体平面内布置垂直支撑体系 根据要求可沿 纵 横向单向布置或双向布置 形式可采用x 型 单斜杆型 人 字型 倒 人 字型 w 型 倒w 型等 还可采用偏心支撑 2 8 1 1 2 9 1 0 0 l 多层房屋钢结构体系主要 有 纯钢框架体系 框架一中心支撑体系 框架偏心支撑体系等 2 1 3 1 纯钢框架体系 纯钢框架体系类似于混凝土框架体系 不同的是将混凝土梁柱改为钢梁 钢柱 它是一种典型的柔性结构体系 在设计中 结构的刚度占主导地位 一般 情况下 若刚度方面满足抗侧移的要求 则构件的强度方面也满足承载力的要求 这种体系具有较为灵活的空间布局 门窗设置灵活 可提供较大的开间 便于用 户二次设计 满足各种生活需求 因此比较适合在多层住宅中推广使用 主要优点是强度高 自重小 有良好的延性 抗震性能好 施工速度快 并能适应建筑上大跨度 大空间以及多用途的各种要求 2 1 3 2 框架一支撑体系 在框架结构体系中设置斜向支撑构件就形成了框架一支撑体系 支撑可用 槽钢 角钢或圆钢管 具体形式可结合建筑立面或门窗洞口需要采用单斜杆 x 型 k 型或偏心支撑等 根据支撑杆件布置方式的不同 支撑框架可分为中心支 1 2 郑州大学硕 学位论文 撑框架 偏心支撑框架和偏离中心支撑框架 其中 以中心支撑框架和偏心支撑 框架较为常见 1 钢框架 中心支撑体系 当斜向支撑构件的两端均位于梁柱相交处 或一端位于梁柱相交处 另一端在另一支撑与梁相交处同梁相连 则构成了框架 一中心支撑体系 如图2 3 所示 a b c 1 2 5 时 则k 0 8 外墙蓄热系数d t 3 o w m k 时 则传热系数k 1 5 w m 2 i o 若d 2 5 时 则k 1 0 分户墙和楼板的传热系数限值k 2 o w n g k 1 建筑节能综合指标 5 5 蚓 郑州地区采暖度日数h d d l 8 1 6 2 7 c d 建筑耗 热量指标g 2 0 0 w 衅 采暖年耗电量e 2 9 0 k w l l 酣 空调度日数 c d d 2 6 2 2 5 d 耗冷量指标q 3 0 3 w m 空调年耗电量e 2 8 6 k w h 时 4 8 郑州人学硕十学位论文 4 2 2 墙体节能构造设计 1 墙体材料的选择 对于上述多层住宅 采用新型复合结构 为减小结构自重 同时也是减小 地震作用力 力求墙体材料的重量要轻 同时由于住宅建筑的特殊性 又要保证 墙体特别是外墙和分户墙的隔音 隔热 防火 防潮等各项性能 就目前而言 虽然市场上轻质墙体材料品牌繁多 但能完全满足上述性能指标的并不多 而进 口材料虽然质量优秀但价格昂贵 不利于推广 在各地开展的墙体材料研究中 外墙和分户墙一般采用轻质复合墙板 如轻质加气混凝土板 蒸压轻质加气混凝 土 a l c 板 g r c 夹心复合板 粉煤灰墙板等 其中 粉煤灰多孔轻质墙板 其原材料以电厂废料粉煤灰为主 占6 0 以上 附加部分水泥 短切纤维 轻 质材料及活性激发剂等 粉煤灰多孔轻质墙板具有力学性能好 质量轻 防水 防渗 阻燃 保温 隔音 可锯 可钉及安装方便等特点 满足新型复合住宅结 构体系的要求 内墙材料一般采用加气混凝土砌块或各种复合石膏板 针对本文 研究的新型复合结构 从经济 环保方面考虑 墙体可采用粉煤灰多孔轻质墙扳 或粉煤灰空心砌块比较合理 但为满足住宅墙体节能要求 外墙体应增加保温隔 热材料 2 墙体节能设计 当外墙体采用粉煤灰多孔轻质墙板 每榀复合结构用厚度为6 0 m m 的两块粉 煤灰多孔轻质墙板将复合结构的支撑夹在中间 这样 墙板之间就可以加入保温 材料 如胶粉聚苯颗粒浆料 而不用再在外墙上进行施工 不仅可大大减少施工 费用 提高工程进度 而且完全可以满足住宅墙体节能6 5 的要求 具有非常好 的经济和使用意义 若外墙采用粉煤灰空心砌块 在空心砌块外墙抹灰面层进行修补 找平后 表面涂刷水泥界面结合剂 抹2 5 r a m 厚保温层 在专用聚合物砂浆中压入耐碱玻 纤网格布 保护层 外侧刷中档外墙涂料 从表4 3 中可以看出 外墙热惰性 指标d 4 3 2 7 3 0 主体外墙传热系数k i r i 1 0 5 4 0 9 4 9w 吖 k 1 5 远低于规定限值 既考虑混凝土过梁和圈梁的热桥影响 也抵消了体形系数过高 郑州大学硕士学位论文 产生的负面影响f 5 3 1 同样可以满足住宅墙体节能6 5 的要求 表4 3 外墙传热系数计算 序号材料名称导热系数厚度 m 传热阻蓄热系数热情性 1 抗裂砂浆 0 8 70 o l lo 0 1 31 0 7 5o 1 4 2 聚苯颗粒保温浆料保温层 0 0 5 90 0 2 5o 4 2 40 9 6 40 4 1 3 水泥砂浆抹面 o f 9 3o t 0 2o 0 2 21 1 3 7o 2 5 4 粉煤灰空心砌块 o 1 70 2 4o 4 1 47 9 2 3 2 8 5 内堵混合砂浆0 8 70 0 20 0 2 31 0 7 50 2 4 7 内表面换热阻o 1 1 5 外表面换热阻 0 0 4 3 合计 1 0 5 4 4 3 2 7 注 抗裂砂浆导热系数按x o 8 7 取值 计算中未考虑保温层的导热系数修正系数 4 2 3 节能造价估算 用粉煤灰空心砌块作墙体时 外墙采用2 5 m m 厚胶粉聚苯颗粒保温层 材 料基价8 5 2 元 i n o n 折合单位建筑面积造价为8 5 2 2 5 0 8 3 2 5 6 6 元 肝 抗裂层材料基价 耐碱玻纤网格布6 0 元 m 聚合物耐水腻子1 2 0 元 m 折合 单位建筑面积造价 6 1 2 0 8 3 2 1 6 9 元 m 人工费1 1 0 元 m 不含涂料人 工费 折合单位建筑面积造价1 1 0 0 8 3 1 3 2 5 元 r 外墙涂料直接费1 5 0 元 时及墙体基层修护直接费2 0 元 n f 折合单位建筑面积造价 1 5 0 2 0 0 8 3 2 0 4 8 元 n f 外墙节能保温造价总值 问接费按直接费的1 5 计取 2 5 7 2 1 7 1 3 2 5 2 0 4 8 x1 1 5 8 1 0 8 1 1 5 9 3 2 4 元 时 4 3 本章小结 根据建设部统计 自1 9 8 6 年开展北方地区建筑节能工作以来 在节能3 0 5 0 郑州人学硕士学位论文 的第一阶段 北方采暖地区的新建建筑和既有建筑节能改造成本在8 0 9 0 元 时 增加的节能改造成本 一般可通过节能效益在3 4 年内回收 1 9 9 6 年开始 建筑节能5 0 n 5 的第二阶段以来 北方采暖地区的新建建筑和既有建筑节能改造成 本约为1 0 0 1 2 0 元 肝 增加的节能改造成本一般可通过节能效益在4 5 年即 可回收 删 本章通过对新型复合结构墙体节能设计及节能造价估算分析 得到以下结 论 1 外墙体采用两块粉煤灰多孔轻质墙板 将复合结构的支撑夹在中间 墙板之间保温材料 如胶粉聚苯颗粒浆料等 不仅可以满足住宅墙体节能6 5 的要求 而且方便施工 造价低 不影响外墙面的装修 满足2 1 世纪住宅结构 体系可持续发展的要求 2 外墙采用粉煤灰空心砌块 外墙面抹2 5 m m 厚保温层 在专用聚合物 砂浆中压入耐碱玻纤网格布 保护层 外侧刷中档外墙涂料 亦能够满足住宅 墙体节能要求 其外墙节能保温造价为9 3 2 4 元 盯 郑州大学硕士学位论文 第五章结论与展望 5 1 结论 本文通过分析研究多层住宅结构体系的发展及特点 总结了常见结构体系 的受力特点及应用 对新型复合结构的受力 抗震性能以及工程造价 墙体节能 等展开了一系列研究 为工程建设提供了很好的依据 主要结论可以概括为以下 几个方面 1 多层住宅适应了时代的发展要求 适合我国国情 具有长久的生命力 随着我国经济的迅速发展 作为人们正常生活基本条件的住宅结构体系在不断变 化 新型住宅结构体系的研究已进入大规模的实施阶段 2 新型复合结构住宅的受力骨架为钢筋混凝土柔性梁 柱 支撑 选择 合理的钢筋混凝土支撑截面可以形成 强柱 中梁 弱支撑 的多道抗震防线体 系 抗震性能优于钢筋混凝土框架 结构自重较轻 施工周期短 具有良好的综 合经济效益 3 新型复合结构体系由于是柱 梁结构 可以自由的分隔室内空间 不 仅使建筑平面布置更适用和多样化 还可使建筑空间体型变化 充分高效利用空 间 在装修方面 对于一些内墙 则可利用该结构形式进行内装饰 并不用砌墙 使建筑内部装修达到意想不到的效果 4 在同样条件下 计算结果表明 新型复合结构与砖混结构住宅结构上 部造价相差不多 但采用新型复合结构可减轻结构自重 减少基础工程造价 降 低工程直接费 建议采用综合效益较好的新型复合结构来代替原有的粘土砖混合 结构 用于多层住宅 与框架结构相比 其造价低 抗震性能好 室内空间分隔 灵活 具有良好的发展前景 5 新型复合结构的住宅 外墙采用粉煤灰空心轻质墙板 将复合结构的 支撑夹在中间 墙板之间保温材料 如胶粉聚苯颗粒浆料等 不仅可以满足住宅 墙体节能6 5 的要求 而且方便施工 造价低 不影响外墙面的装修 满足环保 郑州大学硕士学位论文 要求 符合2 1 世纪住宅结构体系可持续发展的要求 5 2 后续研究工作展望 我国住宅建设量大面广 持续时间长 是国民经济的增长点 在大中城市 中 多层住宅越来越多的让位于高层住宅 而在中小城市及乡村中 多层住宅仍 将占据主导地位 其优点是显而易见的 由于我国经济发展程度与国外有差距 钢材较水泥 砂石贵一些 钢结构住宅 异型柱框轻住宅体系还在探索试验阶段 因此 本文的研究有很重要的现实意义 在本文中 由于篇幅所限 只对新型复合结构的结构性能进行了分析研究 由于轻质墙体质量较小 为达到简化模型 便于运算的目的 只考虑带支撑的主 体框架而没有考虑墙体对结构抗震性能 整体刚度的影响 因此 今后有必要进 一步开展考虑墙体作用的复合结构的抗震性能研究 此外 在多层住宅研究中 异型柱框架 短肢剪力墙 钢结构等多种结构 形式相继出现 并具有各自不同的特点 如何使新型复合结构与之结合 兼收并 蓄 扬长避短 发挥新型复合结构柔性梁柱加 人字 支撑的多道抗震防线特点 更值得我们进一步探讨 研究 郑州火学硕士学位论文 参考文献 l 宋义 j 高层住宅建设与住宅产业发展 j 工程建设与档案 2 0 0 4 2 2 宋毅 j 高层一住宅流行的新趋势 j 中国科技信息 2 0 0 5 1 1 3 陈肇元 要大幅度提高建筑结构的安全度 j 建筑结构 1 9 9 9 1 3 6 4 范家骥 高莲娣 喻永言 砌体结构 m 冲国建筑工业出版社 1 9 9 2 年6 月 5 苑振芳 刘斌 我国砌体结构的发展状况与展望 j 建筑结构 1 9 9 9 年1 0 月 9 1 3 6 陈俊 文良谟 建筑物抗震 m 水利电力出版社 1 9 9 5 7 柳炳康 周安 马克俭 黄慎江 建筑结构抗震设计 m 中国科学技术出版 社 1 9 9 6 8 h e i d e b r e c h t a c a n ds t a f f o r ds n l i t k b a p p r o x i m a t ea n a l y s i so ft 啦lw a l lf r a m e s t r u c t u r e j n l o f t h es t r u e d i v a s c e 1 9 7 3 9 9 2 19 9 2 2 1 9 m i n s n i s h i w a k i s k i k u c h i n u n i f i e dt o p o l o g yd e s i g no fs t a t i ca n dv i b r a t i n g s t r u c t u r e s u s i n gm u l t i o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o n j s t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o n 2 0 0 0 7 5 9 3 11 6 i o t 燕飞 短肢剪力墙结构设计探讨 j 四川建筑 2 0 0 1 2 0 4 4 8 5 0 l l 曹祖同 陈云霞 吴戈 李中立 吴智强 钢筋混凝土异型柱框架节点强度的 研究 j 建筑结构 1 9 9 9 年1 月 1 4 2 4 6 1 2 叶献国 建筑结构弹塑性地震反应中的能量表达及应用 j 舍肥工业大学学 报 1 9 9 8 年1 0 月 5 1 3 吴皖蜂 多层钢结构住宅体系及性能研究 d 西北工业大学硕士学位论 文 2 0 0 5 1 4 q 新玲 李海明 杨广宁 多层住宅新型复合结构体系的结构选型分析 j 工 业建筑 2 0 0 5 3 5 i 3 3 9 1 5 王新玲 赵更奇 杨广宁 带 人字 支撑的新型复合结构体系动力特征研究 j 世界地震工程 2 0 0 4 2 0 2 6 9 7 2 1 6 t 新玲 曹双寅 多层住宅新型复合结构的p u s h o v e r 分析及支撑优化 j 福州 大学学报 2 0 0 5 1 0 增刊 3 3 2 7 3 1 郑州大学硕士学位论文 1 7 李海明 多层住宅新型复合结构的计算研究 d 郑州大学硕士学位论文 2 0 0 5 1 8 吴景祥 高层建筑设计 m 北京 中国建筑工业出版社 1 9 8 7 1 9 方鄂华 多层及高层建筑结构设计 m 北京 地震出版社 1 9 9 2 2 0 顾祥林 张誉 多层大开问住宅结构体系及其抗震性能研究 j 土木工程学 报 1 9 9 8 5 1 5 2 2 2 l 王端锋 框架结构住宅楼的几个抗震设计问题 j 住宅科技 1 9 9 7 1 1 1 5 1 7 f 2 2 努t 谦峰 黄炜 新型住宅结构体系发展与应用研究综述 j 施工技术 2 0 0 3 3 2 1 0 6 9 2 3 李立新 大开间住宅结构体系的选择与评价 j 辽宁工学院学报 自然科学版 2 0 3 5 1 5 3 2 4 h u z z a r dr k i a r s o nj w e c o n o m i c a l s t e e lf r a m e dh i g l l r i s e r e s i d e n t i a l b u i l d i n g s s t e e lc o n s t m c t i o n a u s t r a l i a 1 9 8 8 l h8 7 4 8 9 2 2 5 1 w r i g h th de v a n sh r t h eu o fp r o f i l e d s t e e l s h e e t i n g i n f l o o r c o n s t r u c t i o n j c o n s t r s t e e l r e s 1 9 8 7 7 7 4 9 7 6 3 2 6 e a s l e yj t a n dm c f a r l a n dd e b u c k l i n go fl i g h tg a g ec o r r u g a t e dm e t a ls h e a r d i a p h r a g m s j o u r n a l o ft h e s t r u c t u r a l d i v i s i o n a s c e v 0 1 9 5 s t i1 p r o e p a p e r 6 6 8 3 j u l y 1 9 6 9 1 4 9 7 1 5 1 6 2 7 e a s l e yj t b u c k l i n gf o r m u l a sf o rc o r r u g a t e dm e t a ls h e a rd i a p h r a g m s j o u r n a l o f t h es t r u c t u r a ld i v i s i o n a s c e v o i 1 0 1 s t 7 p r o c p a p e r1 1