发布时间：2024-02-06 14:44:59
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的高层住宅结构设计样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
[关键词]：超高层住宅；剪力墙；基于性能的抗震分析
中图分类号：TU241文献标识码： A
1 工程概况
某超高层住宅项目处于大连市东港区，场地北侧为大连万达公馆，南侧与维湾广场隔长江路相望，东临辽宁省检验检疫局。本工程总建筑面积22.96万m2，地上建筑面积18.14万m2，地下建筑面积4.82万m2。共两层地下室，其中地下二层为车库及设备用房，地下一、二层局部为核6、常6级甲类防空地下室，地上建筑包括两栋独栋商业及三栋超高层住宅。超高层住宅首层局部挑空为大堂部分， 2～50层为住宅部分，标准层层高3.3米，建筑总高度为167.10m；塔楼分别在15、27、39层设3个避难层。
2 结构体系
2.1上部结构
本工程地上部分主体结构为50层，室外地面至主屋面高度为167.95m。
主体结构采用钢筋混凝土剪力墙结构。剪力墙墙厚根据计算确定，一般墙肢厚度详见表1。标准层平面结构布置图见图1。
主要墙体厚度 表1
图1标准层平面结构布置图
2.2地基基础设计
根据场地地质勘察报告分析，本工程采用桩筏基础，桩端持力层座落于中风化板岩层，桩型采用机械成孔桩，饱和单轴抗压强度标准值，桩径1.4m，单桩承载力特征值为14000kN，筏板厚度2.4米，基础埋深12.3m。单独地下室部分及独栋商业部分基础坐落于强风化板岩层上，地基承载力特征值fak=400 kPa。裙楼地下室部分采用独立柱基础防水底板，防水板厚0.5m。在塔楼与地下室之间设置施工后浇带以减小二者之间的差异沉降。由于抗浮水位较高，经复核，单独地下室部分结构自重无法满足整体抗浮要求，故在上述区域采用抗浮锚杆以抵抗较大的水浮力。
3上部结构超限情况及性能目标
3.1超限情况
1．高度超限
高度超限，主体高度167.95m，超过《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定的B级钢筋混凝土剪力墙结构适用的最大高度150米的要求，属于超B级高度超限高层。
2．平面不规则
建筑二层楼面局部开大洞，楼板不连续，导致该层平面不规则。
3．扭转不规则
塔楼在地震作用下和风荷载作用下，最大弹性层间位移角与平均层间位移角的比值存在大于1.2但小于1.5的情况，为扭转不规则。
3.2性能目标
参照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）及《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）有关结构抗震性能设计的参考方法，本工程具体性能目标设定见表2。
抗震性能设计目标 表2
4 结构设计与计算
4.1 设计参数
本工程结构安全等级为二级；基础设计等级为甲级；抗震设防类别为丙类；抗震设防烈度为7度[1]；设计基本地震加速度值为0.1g；设计地震分组为第二组；水平地震影响系数最大值为0.105（多遇地震作用下）（安评报告提供）；Ⅱ 类场地（场地特征周期为0.35 s）；结构阻尼比： 0.05。剪力墙抗震等级为一级。基本风压为0.65kN/m2（50年重现期），地面粗糙度类别为A类。
4.2 多遇地震下振型分解反应谱法计算分析
本工程采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的SATWE（2011年1月版）和韩国MIDAS IT Inc.公司编制的MIDAS Building（2011版）两种不同的空间有限元分析与设计软件进行了结构整体计算分析。分析按照二层地下室并附带相关联部分结构进行结构嵌固条件分析计算。验算通过后按无地下室模型进行结构整体计算分析。多遇地震作用和风荷载按两个主轴方向作用，同时考虑5%偶然偏心地震作用下的扭转影响及双向地震作用之最不利作用。
工程计算的整体建筑空间模型见图2，剖面示意见图3。
图2整体空间模型图3剖面图
从整体计算结果（表3）可以看出，各软件计算的结构总质量、剪重比比较接近，满足现行规范的要求。结果说明各程序在计算结构动力特性方面较为精准，程序之间具有可比性。计算主要结果见表4、5。
整体结构总质量、基底剪力比较表 表3
顶点最大位移与层间位移角表5
4.3弹性动力时程分析
弹性动力时程分析采用SATWE进行计算，选用的地震波为场地地震安全性评价报告提供的50年超越概率为63%的一条人工波α63-2和分析软件内存的两条适合本工程场地土的两条地震波XH-1和XH-2，单个波的总地震剪力不小于振型分解反应谱方法计算结果的65%，三条波计算所得的结构基底剪力平均值平均值不小于振型分解反应谱方法计算结果80%，满足规范要求。对于顶部楼层的剪力大于反应谱计算的部分，结构设计时将取用三条时程波的包络值，在反应谱基础上将内力放大调整，进行构件补充计算。
4.4中震弹性和中震不屈服分析
在进行多遇地震弹性计算的基础上，本工程进行了中震弹性验算，计算目标是底部加强区剪力墙受剪保持弹性状态，部分连梁可以进入塑性阶段，并通过调整梁刚度折减，适当增加剪力墙安全度。此外进行了中震不屈服结构验算，计算目标是剪力墙偏拉偏压保持不屈服状态，验算墙肢是否出现全截面受拉，部分连梁可以进入塑性阶段。上述计算均采用特征周期0.35，水平地震影响系数0.23。
4.5 静力弹塑性分析
本工程采用PUSH&EPDA对主体结构进行了X向和Y向推覆计算,荷载加载形式为CQC。其性能点的基底剪力、顶点位移为、阻尼比、最大层间位移角见表6。罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算满足规范1/120要求。X、Y向推覆能力谱与需求谱曲线见图4-5。
结构性能点相关参数 表6
图4X向推覆能力谱与需求谱曲线 图5Y向推覆能力谱与需求谱曲线
4.6结构舒适度验算
按照10年重现期的风荷载计算结构顶点横风向及顺风向的结构顶点加速度，本工程的计算结果为：顺风向0.060 m/s2，横风向0.147 m/s2，满足规范0.15m/s2的限值。
4.7超限加强措施
控制墙肢轴压比不大于0.50，南北窗间墙处按分离框架柱进行补充计算分析，并按两模型包络值进行配筋设计。剪力墙底部加强区取为一层～六层，过渡层取为七层～八层，采用一级抗震等级；对大堂处局部穿层肢墙采取特一级抗震构造措施，并在一、二层增设钢骨加强。在底部中震受拉（拉应力标准值大于ftk）处墙肢增设型钢，以型钢抵抗全部拉力，且型钢配置高于受拉区域二层，并采取特一级抗震构造措施。需构造加强的节点（转角墙、横墙、南北窗间墙，内墙支撑多梁的端节点）的约束边缘构件上延至轴压比0.30处（25层）。在楼板局部不连续处加大两侧板厚，并配置上、下双向通长钢筋，同时周边剪力墙设暗梁，以增大水平刚度。罕遇地震作用时，底部加强区内的部分墙肢进入塑性状态，施工图设计时增加设置型钢或加大配筋等加强措施，以提高墙肢延性及抗倒塌能力。
5结论
通过两个不同软件对整体结构的计算分析，互为验证后，结构的刚度与变形特性满足规范规定的限制要求，按设定的性能目标及相应措施，通过对超高层复杂结构进行弹性、弹塑性分析，实现预期的性能目标，采用比规范要求更高的抗震措施对重要的构件做适当的加强。
参 考 文 献
[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范 [S] 北京：中国建筑工业出版社, 2010。
[2] 孙建超，徐培福，肖从真，等。钢板-混凝土组合剪力墙受检试验研究[J]. 建筑结构，2008，38(6):1-6.
[3] JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]北京：中国建筑工业出版社, 2010
[4] 徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2005。
关键词：高层住宅；结构设计；问题探讨
随着我国经济的飞速发展以及人口的不断增多，为了解决住房的问题，我国城市居民的住宅向高层结构发展。在这一开发建设过程中，结构设计是其安全性以及舒适性的前提，也是高层住宅建设的基础。可以说，结构设计的好坏直接决定了整个建筑的质量以及可使用的程度，因此我们要重视高层住宅结构设计中问题的探讨解决。
1高层住宅结构设计问题
1.1抗震问题
在进行高层住宅结构设计过程中，抗震方面的设计是最为重要的一个环节，同时也是让设计人员较为头疼的一个环节，因为其设计十分复杂。在进行这一方面的设计的过程中，不仅仅要对相关建筑材料、结构进行分析以及选择，同时，还要对整个建筑群进行考虑。我国是一个地震频发的国家，但同时因为我国也是国土辽阔的大国，有的地区没有经历过比较明显的地震灾害。所以在结构设计的过程中，部分设计人员并不是十分重视抗震设计这一问题。除此之外，由于我国物力财力方面的影响，导致结构设计相关抗震设置标准的制定时放宽了尺度。另外，经济利益的驱使，有相当部分的开发商为了追求利益最大化，对建筑结构设计造价给出指标限制降低工程成本。上述各种原因导致了我国建筑结构设计时结构抗震存在不足，高层住宅是居民密集聚集的建筑，高层住宅结构抗震问题导致广大居民的生命安全存在隐患。
1.2楼层平面布置问题
在进行高层住宅结构设计的过程中，大部分结构设计人员在进行结构构件布置时往往会感到十分的头痛。建筑方案设计时，为了最大化地追求建筑使用舒适功能要求，住宅房间布置时按照各自的使用功能划分，从而导致结构抗侧力构件的墙体、柱子不能对齐布置，最终导致平面梁布置时不能形成连续贯通的框架。从结构传力的角度分析，平面布置没有形成一个统一的结构体系[1]。我们都知道，虽然说理论计算或计算机程序在数学或是力学上都是可以给出结果，但是这种结果与理论假定及实际是存在较大出入的。我们知道结构设计理论计算分析十分重要，但是结构的概念设计及结构的构造设计同样重要，结构概念及构造设计是实现理论设计的重要补充。由此我们就可以看出，在进行高层住宅设计的过程中，设计人员要重视结构概念的理解，不能单独追求建筑使用功能的舒适而忽略结构的安全问题。
1.3剪力墙问题
剪力墙在高层建筑物的结构中具有十分关键的作用，通过这一构件结构能够较为有效的抗侧力。在高层住宅中我们会遇到很多楼梯间周围布置剪力墙的方案，因为楼梯间一侧墙体没有楼板连接，使得该剪力墙分担整体结构水平力能力大大降低[2]。然而，大多住宅中各种设备管井尤其是通风井排放在该剪力墙的另一侧，导致墙体两侧相连的有效楼板十分有限。这与我们布置剪力墙作为结构主要承担侧向力构件的初衷相反，致使整体结构的抗侧力能力大大降低。此外，建筑工程在进行施工的过程中，部分施工单位会进行工期的缩短，这样施工人员为了赶工期不得不加快建筑速度，这在一定程度上影响到其施工质量。在使用商品混凝土进行泵送的时候，往往会增加水泥的用量，减少粗骨料的使用量，由于这两者的比例产生了一定的变化，会在一定程度上增加了结构的收缩量。加上由于混凝土强度的提高，使弹性模量增加将引起更大的约束拉应力产生，使得混凝土用量大的剪力墙产生裂缝的因素在增大。
2高层住宅结构设计问题的相关对策
2.1优化结构抗震设计
在结构抗震设计的过程中，对于建筑物的高宽比进行严格的把握，要根据相关规范标准进行设计，采取多种计算程序比较复核。对设计人员进行抗震设计思想宣传，加强结构抗震设计重要性的认识，应以人民的生命财产安全为出发点。根据我国现行经济发展水平与时俱进地修订改进抗震相关标准，提高设计安全储备。对于住宅等一旦发生地震极有可能造成重大伤亡的建筑结构设计，加快学习采用建筑隔震等新技术措施，增加抗震安全储备。
2.2平面布置时合理地考虑结构概念
在进行建筑平面方案设计的过程中，为使理论与实际最大限度的相接近，建筑方案的确定应适当地考虑结构方案的可行性及优劣性。建筑设计师应充分地将结构设计抗震概念及结构受力概念融入到建筑方案中，充分考虑对结构抗震的优劣影响，对于涉及生命安全的重要建筑结构，必要时应以结构安全为前提[3]。结构设计人员也应对建筑方案的确定提出合理的优化建议，对于确实影响结构安全的建筑设计方案应本着安全第一的原则提出修改。
2.3剪力墙的设计
建筑结构设计时与建筑及设备专业做好沟通，最大限度减少其布置方案对剪力墙的不利影响。应以理论与实际最大限度接近为原则，设计人员要灵活地尝试剪力墙布置方式，不要被一贯的布置思想束缚，进而保障结构整体抗侧力刚度的要求。加强结构构造措施，适当加强与墙体相连楼板的厚度及配筋率。条件允许时可以将剪力墙设置成L型或是T型，通过这样的方法，才能够发挥这一面墙的作用。对于工期紧、混凝土强度设计值较高或处于温差变化较大位置的剪力墙，应适当增加墙体配筋率，降低裂缝的产生。
3总结
综上所述，高层住宅结构设计过程中需要设计人员注意的问题有很多，例如：抗震问题、平面布置问题、剪力墙问题等。建筑结构设计应以安全为基本前提，在理论分析合理计算的基础上，重视结构概念设计，结构构造措施。设计人员应根据其实际情况进行对策的提出，从而不断提高其设计质量。
作者:赵国 崔涛 单位:大连市建筑设计研究院有限公司 大连天鸿建筑设计有限公司
参考文献：
[1]熊品华,刘明全,文勇,朱林辉,周赞高.丽都国际超高层住宅结构设计的几点做法[J].建筑结构,2009,v.39S1（12）:267-270.
关键词：钢结构 钢结构住宅 设计
1、工程概况
某住宅楼建筑面积6233.2m2，地上13层为住宅房间，地下l层为设备间及停车场。根据使用功能、建筑总平面、建筑面积、建筑朝向、防火防烟分区等多方面的要求，经多次优化进行了本建筑的平、立、剖面设计，每一户住房中的卫生间、厨房、卧室、客厅均有较好的自然采光和通风，均可满足住宅的建筑使用要求。
2、结构设计
2.1 设计资料
设计标高：室内设计标高0.00m，室内外高差0.3m。基本风压：wo---0.35kN/m2。地质资料：建筑场地至地下9in范围内为粉质黏土，地基承载力特征值为150kN/m2。地震设防烈度为7度。
2.2 建筑布置及计算简图的确定
（1）结构体系。根据建筑设计可知，该住宅为地上12 层，地下1层。综合考虑设计资料、建筑功能及受力合理的要求，本建筑采用框架结构体系。（2）计算简图。从结构平面布置图中取出最不利一榀框架，作为该结构的计算模型。（3）截面的初步确定。根据荷载和跨度的要求，框架梁柱承受的荷载都比较大，故在材料选用时应优先考虑强度较高的钢材，本工程主梁和柱子采用Q345B 钢材，材料性能应满足《低合金高强度结构钢}（GB/T1591）的要求。柱采用宽翼缘的H 型钢，梁采用中翼缘的H型钢，据所选梁柱截面可以确定相应截面的
几何参数。
2.3 荷载计算
（1）恒载计算。主要考虑屋面、楼面均布荷载，并得到恒载作用下结构的计算简图。（2）活载计算。根据《建筑结构荷载规范》得到非上人屋面的活荷载标准值以及各楼层活荷载标准值，进而通过计算，得到了活载作用下的计算简图。（3）风荷载计算。根据《建筑结构荷载规范》，已知基本分压w0=0.35kN/m2。由Wk=βzusuzwo。可知风荷载标准值。将风荷载换算成作用于每一层节点上的集中荷载，从而建立风荷载作用下的结构计算简图。（4）地震荷载计算。本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为Ⅱ类，设计地震分
组为第二组，Tk=0.40S，根据底部剪力法公式可得地震荷载作用在每一层节点上的集中荷载，从而得到地震荷载下的结构设计简图。
2.4内力计算
（1）恒载作用下内力计算。力法、位移法、弯矩分配法、无剪力分配法均可用来计算框架结构内力和侧移，但是多层钢结构往往杆件较多，超静定次数很多，采用这些方法比较费时，因此实际计算时一般用近似方法分别计算结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力和位移。框架结构在竖向荷载作坩下的计算方法有分层法、迭代法、二次弯矩分配法等。
2.5 构件设计
据内力计算组合结果，即可选择各截面的最不利内力进行梁柱截面设计。设计公式为S≤R 和S≤R/yRE（地震作用参与的组合）。柱的截面设计考虑强度、刚度、平面内整体稳定、平面外整体稳定以及局部稳定等方面。主梁设计模型按多跨连续梁考虑。截面设计考虑强度、刚度、局部稳定等方面（由于采用压型钢板组合楼板，且有牢靠的连接，故不必验算整体稳定），次梁截面按两端简支考虑，由强度、刚度、稳定等综合确定。
3、钢结构设计的特点
3.1 钢材结构的特点
钢材的结构具有以下的特点：（1）强度高，重量轻；（2）塑性、韧性好；（3）材质均匀，工作可靠性高；（4）适于于机械化加工，工业化生产程度高；（5）减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏；（6）环保、可回收再利用，建筑造型美观；（7）密闭性能好，能制成不渗漏的密闭容器；（8）耐热性能好，耐火性能差；（9）耐腐蚀性差。
钢和混凝土容重比：3.4，强度比：210～136。所以刚才较混凝土的重量轻，这样能够便于运输和安装，可跨越更大的跨度。
3.2 高层住宅钢材结构设计的特点
（1）对高层住宅钢材结构的设计时要进行柱网的布置，在设计时可以考虑选取一榀框架单元，对柱截面和梁截面要首先进行初选。框架梁受到竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载和地震力的作用的影响。对内力的计算时要采用分层法来进行相应的计算。
（2）对高层住宅钢材结构的设计首先应该要考虑高层钢材的承重结构设计，在对承重结构设计的时候需要分两个方面进行设计，即：承载能力极限状态和正常使用极限状态。在设计的过程中要考虑到构件和连接的强度破坏的承受能力，如果因为疲劳导致破坏或者因为钢材过度的变形不在适合继续承载，钢材的结构将会转变为机动体系和结构倾覆。
4、钢结构设计的原则
钢结构设计的基本原则是：结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，整个结构安全可靠；结构应符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；结构方案尽可能节约钢材，减轻钢结构重量；尽可能缩短制造、安装时间，节约劳动工日；结构构件应便于运输、便于维护；在可能条件下，尽量注意美观，特别是外露结构，有一定建筑美学要求。
（1）梁柱体系
平面采用普通梁格体系。梁采用热轧焊接H 形截面钢梁，柱为焊接箱型钢柱。整个结构设计成刚性框架结构，竖向荷载由梁、板、柱承担。框架的梁与梁、梁与柱、柱与基础均按刚性连接设计，现场连接采用高强螺栓与焊接共同作用。次梁为H 形截面单跨简支梁，设计主次梁时均不考虑楼盖与钢梁的组合作用。
（2）抗剪体系
分析计算表明，在全部水平风荷载和地震力作用下，上述结构体系局部刚度较弱，因此钢框架―支撑结构体系通过布置中心支撑来抵抗水平荷载。钢框架―剪力墙结构体系的中间部分电梯井与楼梯间布置钢筋混凝土剪力墙，来抵抗水平外力的冲击。
（3）楼盖体系
一般各层楼（ 屋） 盖均采用钢筋混凝土楼（ 屋） 盖， 楼板厚度依结构计算定为110mm，140mm。在结构计算中，认为楼盖刚度足够大，符合平面内无限刚性的假定。
5、钢结构住宅设计中应注意的问题
5.1钢结构住宅建筑的设计原则。
（1）发挥钢结构的优势，并避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板。
（2）解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题。特别是在多雨的环境，防腐、防锈工作处理的好坏直接影响到钢结构住宅。
5.2结构抗震性能与结构布置规则性有很大关系。结构布置不规则，地震时易损坏，而且除弹性设计外还要作弹塑性层间位移验算。因此应尽量使结构布置符合规则性要求。
5.3钢结构要做到安全合理、节点构造方便可靠、并为构件制作、运输、吊装创造条件。
6、结语
钢结构作为一种新型的结构形式，具有自重轻、结构空间大等优点，十分适合应用于高层民用建筑中。同时，钢材具有非常好的延性。抗震性能优于其他任何一种材料，钢结构作为一种承重结构有不同于其他结构形式的独特之处，只是其配套体系有待于进一步开发和完善。随着我国国民经济的发展和综合国力的增强，我国的高层建筑会越来越多的采用钢结构。
参考文献：
[1] 姜学诗；钢结构房屋结构设计中常见问题分析[J]；建筑结构；2003年06期
关键词: 结构设计 基础 剪力墙 楼板
1结构计算分析与总体指标控制
结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有: SATWETAT、TBSA或ETABSSAP等。但是, 由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异, 导致了各软件的计算结果或大或小。所以, 在进行工程整体结构计算和分析时, 必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件, 并从不同软件相差较大的计算结果中。判断哪个是合理的。特别在抗震超限分析中, 哪个是可以作为参考的, 哪个又是意义不大的, 这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则, 如果选择了不合适的计算软件, 不但会浪费大量的时间和精力, 而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
计算判断结构抗震是否可行的主要依据。是在风荷载和地震作用下水平位移的限值; 地震作用下, 结构的振型曲线, 自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。
如若刚度太大, 周期太短, 导致地震效应增大, 造成不必要的材料浪费, 但刚度太小, 结构变形太大, 影响建筑物的使用。对合理的刚度, 笔者建议: 对高层住宅u /H取1 /2 500 - 1 /3 500, 刚重比在10～15之间是比较合理的。周期约为层数的0.06倍～0.08倍之间。另外, 对结构布置扭转的控制, 在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该楼层平均值的1.2 倍, 不应大于该楼层平均值的1.5 倍。当然,对于顶层构件可不考虑在内。否则很难满足上述指标。
2高层住宅的基础设计
高层建筑基础设计一直是结构工程师极其关注和重视的一方面。目前, 高层剪力墙体系由于考虑埋置深度的要求。一般均设置地下室。常用桩基型式有预制钢筋混凝土方桩、PHC管桩、钻孔灌注桩及钻孔灌注后压浆桩。基础则采用桩筏基础。如何对桩进行合理选型将对整个地下室设计的经济性产生重要影响。例如某一工程, 上部十八层带一地下室。根据勘察报告, 采用中400 mm预应力管桩, 可选桩长25 m, 单桩承载力特征值Ra = 900 kN; 桩长34 m, 单桩承载力特征值Ra = 1 300 kN。采用25 m桩需290根, 采用34 m桩需200根。但采用25 m桩为满樘布置, 筏板厚需1 200 mm; 而采34 m桩为墙下布置, 筏板可减至900 mm, 经济性明显。因此, 基础选型应选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值则应考虑桩冲切、角桩冲切、墙冲切及板配筋等多方面的因素。另外, 筏板长度的设置也须研究探讨。由于考虑地下室的使用合理性, 常规采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝。后浇带的作用是明显的, 但也给施工带来了不少麻烦, 甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。而有些高层。长宽均达100 m以上, 中间就设置几条后浇带也没有其他措施, 是不妥当的。
嵌固端的设置问题: 由于高层建筑一般都带有一或二层的地下室和人防, 嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置。在这个问题上结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面。如: 嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题。而忽略其中任何一个方面, 都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
3高层住宅的剪力墙设计
(1) 由于目前的住宅内部空间以及美观的要求, 以及建筑造价经济合理的要求, 从而对结构体系的要求也随之提高, 剪力墙结构(含部分短肢剪力墙) 就是适应建筑要求而形成的特殊的结构。剪力墙布置必须均匀合理, 使整个建筑物的质心和刚心趋于重合, 且两向的刚重比接近。结构布置应避免一字形剪力墙。若出现则应布置成长墙( h /w > 8) 。应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上, 若无法避免, 则剪力墙相应部位应设置暗柱。当梁高大于墙厚的2.5倍时, 应计算暗柱配筋。转角处墙肢应尽可能长,因转角处应力容易集中, 有条件两个方向均应布置成长墙。规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍以下为短墙, 大于8倍则为普通墙。这就引起高厚比为7.9倍及8.1倍的两种墙的受力特性截然不同, 而配筋亦大相径庭, 显得比较机械而不合理。在新规范中对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制, 应尽可能少采用短肢剪力墙。
(2) 剪力墙配筋及构造。对于高层住宅来说, 剪力墙是面广量大的。因此, 合理控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。①剪力墙墙体配筋(以200 mm厚墙体为例) 一般要求水平钢筋放在外侧,竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小筋率即可。笔者建议加强区Φ10间距200, 非加强区Φ8 间距200双层双向即可。双排钢筋之间采用Φ6间距600 ×600拉筋。但地下部分墙体配筋则另当别论。因为地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制。而由于简化计算经常由竖向筋控制, 此种情况下为增大计算墙体有效高度, 可将地下部分墙体的水平筋放在内侧, 竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4.1.6条规定: 迎水面保护层应大于50 mm,且在保护层内按《混凝土结构设计规范》第9.2.4条规定,增设双向钢筋网片。在这种情况下, 很多设计人员在进行外墙裂缝验算时, 有效截面高度仍按保护层50 mm计算,这是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后, 计算保护层厚度至少可按30 mm来取值, 这对节省墙体配筋效果相当明显。②剪力墙按规范应设置边缘构件。一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件: 其余剪力墙应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.17条设置构造边缘构件。本节仅就构造边缘构件的配筋作一点讨论。笔者认为首先要区分剪力墙的受力特性及类别, 即普通剪力墙(长墙) , 短肢剪力墙, 小墙肢和一个方向长肢墙而另一方向属短肢墙来区别对待配筋。对于普通剪力墙, 其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率,建议加强区0.7%, 一般部位0.5%; 对于短肢剪力墙, 应按高规第7.1.2条控制配筋率加强区1.2%, 一般部位1.0%; 对于小墙肢其受力性能较差, 应严格按高规控制其轴压比, 宜按框架柱进行截面设计。并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1.2%, 一般部位1.0%; 而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体, 设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋, 这并不妥当。建议一: 计算中另一方向短肢不进入刚度, 则配筋可不考虑该方向短肢影响; 二: 计算中短肢进入刚度, 则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率加强区1.0%, 一般部位0.8%。③剪力墙中的连梁跨度小, 截面高度大, 在地震作用下弯矩、剪力很大, 有时很难进行设计。如果加大连梁高度, 配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞, 上述所示情况梁的高度是一样的, 但对于窗洞,连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底, 有时则高度太高,这样高跨比太大, 并且与计算图形不符, 相应配筋亦较大,不合理。笔者建议:连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面。对于窗洞楼面至窗台部分可用砖或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时,可再增加一根梁,两根梁之间用砖填充。连梁配筋应对称配置,腰筋同墙体水平筋。④剪力墙的楼层处均设置暗梁。目前,各设计院在剪力墙的楼层处均设置暗梁,而对暗梁的作用及配筋亦各有理解。笔者认为对于框架--剪力墙结构,如剪力墙周边仅有柱而无梁时,则设置暗梁,并且要求剪力墙两端是明柱。这是因为周边有梁柱的剪力墙,抗震性能要比一般剪力墙要好。剪力墙结构则没有这方面的要求,在墙板交接处设置暗梁对加强墙体整体性作用还是有的,但究竟有多大则无从确定。因此,就目前而言,在楼层位置设置暗梁是可行的。但没有必要设置太大断面及配筋,建议底部加强区断面可取墙厚×300 mm,配筋上下各2Φ16 mm,一般部位断面可取墙厚×250 mm。配筋上下各2Φ14 mm即可。
4高层住宅的楼板设计
伴随着商品混凝土的推广, 建筑楼面出现裂缝的机率加大。并且日益受到人们的关注。专家认为, 控制裂缝是个系统工程, 楼面结构出现裂缝原因复杂。有材料、温度变化等原因, 也有设计、施工使用等方面问题; 而楼面沿板内预埋管线出现的裂缝尚未引起工程人员足够重视。从设计方面看, 以下成因应当重视, 利于有目的进行裂缝控制。楼板刚度不足: 设计按多跨连续板进行配筋计算, 侧重于满足结构安全, 较少考虑混凝土收缩特性和温度变形等多种因素。楼板高跨比仅为L /33～L /35。其刚度较小对裂缝控制很不利。
楼板构造配筋设计不周: 设计在支座处按常规配设负筋, 在中部板面不配钢筋。当板面出现温度变形和混凝土收缩, 因无构造钢筋约束, 板面即出现裂缝。楼板内布线欠合理: 由于水电施工图由各专业设计。实际施工中出现水电管交叉叠放, 或由于设计考虑管内容线面积, 部分预埋管径≥25 mm, 且设计管线位置在楼板跨中。即在单层双向配筋处, 楼板有效截面受到很大程度( 15% ～40% ) 削弱, 成为楼板最易开裂的部位。当楼板收缩应力大于混凝土极限抗拉强度时, 即出现沿管线表面呈直线状的裂缝。
从房屋的空间结构来看, 剪力墙刚度大约束了剪力墙间梁板的水平向自由变形, 而梁刚度又较板刚度大。因各类因素引起的水平向收缩变形均集中到剪力墙间刚度最小的板上, 造成这块板开裂。对策及建议: 梁板混凝土强度等级不宜大于C30, 楼板应双层双向配筋; 屋面、转换层楼面配筋宜加强; 楼板内管线应避免出现交叉(将交叉部位设置在梁或墙上) , 控制管线直径。使其不超过板厚的20%且≤25 mm; 重视房屋护构件(外墙、屋面、门窗等) 的保温设计, 若使房屋具有良好的保温性能, 不仅可大幅度降低房屋长期能耗, 更是减少因温差变形而引起裂缝的有效手段。
5结束语
关键词: 框剪结构；抗震设计；计算方法；高层住宅
引言
近年来,由于建筑设计和使用功能等的要求,导致很多在抗震设防区的住宅建筑在其中部附近开设了过洞或过人洞。这使得一些抗震墙无法落地,而仅靠落地剪力墙,结构总体刚度不够,必须要设置转换构件,通过转换构件将上部构件的内力传递到基础和地基。也常有一部分住宅建筑由于车位、底部景观架空通透、上部房间布局等因素, 造成了少量抗震墙无法落地。它们有一个共同的特点,就是转换层上的不落地抗震墙占该层总抗震墙的比例很小, 一般仅在10 %左右。由于转换层上下侧移刚度基本相同,这使得它们的一些特性更加接近抗震墙结构, 我们把这种介于抗震规范所讲的抗震墙结构和部分框支抗震墙结构之间的结构形式称为局部框支抗震墙结构。这里所讲的局部框支抗震墙结构除了不落地抗震墙很少以外,还具有以下特点: 框支柱的数量一般为6～8 个,最多不超过10 个。下面本文将结合实际工程对此类建筑结构的抗震设计进行简单的探讨，供大家参考学习。
1 工程概况
某工程项目规划总用地为6.983hm2 , 规划总建筑面积15.3万. (地上) 。本工程包含1～4 # 高层住宅、5 # 商业办公楼、6 # 办公楼及公共的地下室,总建筑面积为144 726m2其中,2 # 、3 # 十九层高层住宅工程为框支剪力墙结构,一层平面见图1 所示。
图1 2 # 、3 # 楼底部结构平面布置图
主体结构层高62.3m,地下室2 层,层高分别为3.5m,4.7m;地上1 层为居民活动空间,高5. 4m; 2层～13层为住宅, 层高2.9m, 以上至屋顶层高均为3.0m。
该地区的基本风压0.4N/mm2 , 抗震设防烈度7 度,场地土的特征周期0.45s , 设计基本地震加速度0. 1g , 框架抗震等级为二级,剪力墙底部加强部位抗震等级为二级, 其余部位为三级。结构的阻尼比为0.05 ,水平地震影响系数最大值为0.08 ,罕遇地震影响系数最大值为0.5 , 地面粗糙度为C类。计算中考虑双向水平地震作用、扭转耦联影响及重力二阶效应,并对结构的稳定性进行计算。
2 结构设计中的计算和分析
2. 1 转换体系的选取与计算
框支转换层楼板在地震中受力变形较大, 其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多,地震时楼板将传递相当大的地震力, 其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入, 相当于考虑了板对梁的卸荷作用,会使梁的设计偏于不安全。在进行整体结构分析时,将转换层楼板用弹性膜单元模拟。
2. 2 嵌固端与转换层楼板板厚的确定
工程以±0. 000 板作为嵌固端, 既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构, 同时能够保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《抗规》第6. 1. 14 条规定: 当地下室顶板作为上部嵌固端部位时, 结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍, 地下室在地上结构相关范围的顶板厚度不宜小于180mm。故地下室顶板厚度取200mm,同时,为了有效地将水平地震力传递给剪力墙,在应力集中的楼层,将楼板厚度加大, 转换层楼板取180mm, 与其相邻的层也适当加厚至150mm。
考虑抗震需要, 施工图阶段时更有意提高转换层配筋率,使单层配筋率达到0. 35 % ,以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍, 宽度较宽, 对边转换梁, 板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可,而是要求必须贯穿梁顶截面,以确保梁内扭矩在板上的有效传递。
2. 3 框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计
框支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域, 这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确, 减少转换板的内力, 同时, 上下抗侧力结构对齐, 对于抵抗水平地震荷载作用, 改善转换板的复杂受力情况也是大有裨益的(详见图1) 。
框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件, 它的安全度直接影响到整栋建筑结构的抗震性, 因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上,通过概念设计和抗震措施(构造措施) 进行设计。调整框支柱总剪力不小于0. 30 ,框支柱的抗震等级定位一级,为了增加其延性, 轴压比不超过0. 4 , 其最小配箍特征值比一级增加0. 02 采用,框支层剪力墙轴压比控制在0. 6 以内,以保证剪力墙有足够的延性，避免剪力墙的等竖向受力构件在地震中产生脆性破话。
抗震设计时, 剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围, 其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施,避免脆性的剪切破坏,改善整个结构的抗震性能。《高层建筑混凝土结构技术规程》J GJ3 - 2010(以下简称《高规》) 10．2．2 带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1／10。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性,《建筑抗震设计规范》GB50011 - 2010(以下简称《抗规》) 及《高规》分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中,考虑到高层建筑结构的重要性《高规》对墙厚的取值更加严格。针对本工程结构的特点,设计中有以下两点特别之处:
(1) 一般情况下, 高层建筑结构底部加强部位的剪力墙厚度应按照《高规》7. 2. 2 条规定取值。但对于本工程而言,由于底部层高较大,一般剪力墙墙厚bw取380 ,但对于电梯井处剪力墙布置较多,相对的轴力较小,其截面按照上述方法取值则显得的不是很经济合理。因此,针对本工程的具体设计,剪力墙截面厚度bw适当的减少到300 ,同时严格按照《高规》附录D 以下公式(1) 计算墙体的稳定。
(1)
(2) 在保证住宅上部剪力墙强度及层间位移满足规范的前提下, 应尽量减少上部剪力墙数量, 减薄厚度, 转换层以下厚度加大,以减少结构上部刚度,增大下部刚度。同时, 由于转换层上下刚度的突变对上部相邻几层剪力墙造成的影响, 故而除了对转换层上相邻数层剪力墙的水平及竖向分布筋和暗柱钢筋予以加强外, 还在这些楼层中跨高比小于2 的剪力墙连梁内设置交叉钢筋以增强其耗能能力。
2. 4 转换层上、下结构侧向刚度比的确定
工程实践中, 框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的,为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度,使上下刚度接近,《高规》规定: 需要抗震设防时, 转换层上下刚度比不应大于2 ,同时不应小于1。为了满足此要求,对底部的落地芯筒及少量的落地剪力墙均予以加厚, 落地芯筒周边墙体加厚至300mm(上部为250mm) , 少量的落地剪力墙加厚至400mm(上部为250mm) , 同时转换层以下的混凝土强度等级定位C45(上部为C35) , 最终大部分单元刚度比均控制在1. 4 左右,只有少数单元较大,但也控制在1.8以内。
由于高层结构中转换层的出现, 沿建筑物高度方向刚度会产生不均匀变化,因而在传递力的途径中会产生很大的改变。如何计算转换层上、下结构侧向刚度比是带转换层高层建筑结构设计时必须解决的主要问题。《高规》附录E分别规定了底部大空间层数不同,转换层上、下结构侧向刚度比的计算方法。其中转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算综合考虑了竖向抗侧力构件的抗剪刚度和抗弯刚度,因此更能反映带转换层的高层结构沿高度方向刚度变化的实际情况。转换层上、下结构的等效侧向刚度比按公式(2)计算,为了便于计算顶部位移,可以将顶部单位水平力适当放大。
(2)
结构设计时可以应用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件”(SATWE) 计算转换层上、下结构的等效侧向刚度比,具体计算步骤如下:
(1) 采用PMCAD 分别按(图2 )建立结构计算模型1、2 ;
(a) 计算模型1 - 转换层及其下部结构(b) 计算模型2 - 转换层上部结构
图2 转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算模型
(2) 采用SATWE 前处理程序形成风荷载数据文件WIND. SAT;
(3) 分别修改计算模型1、2 的风荷载数据文件,将顶层刚性楼板的X、Y向风荷载的X、Y轴均设置为500kN, Z轴扭转分量设置为0 , 其余各层X、Y向风荷载的X、Y轴分量以及Z轴扭转分量均设置为0 ;
(4) 运行SATWE中结构分析及构件内力计算程序, 算出计算模型1、2 的顶部位移;
(5) 应用公式(2) 即可求解出转换层上、下结构的等效侧向刚度比。
通过上述方法计算得出的转换层上、下结构的等效侧向刚度比宜接近1 , 非抗震设计时不应大于2 , 抗震设计时不应大于1. 3。
γex =Δ1 H2/Δ2/ H1 = 1. 12
γey =Δ1 H2/Δ2/ H1 = 1. 18
2. 5 局部抗震设计
局部框支剪力墙结构的局部加强范围, 对本工程来说,取框支部分所临近两个2～3 个开间所包围的区域(见图1中方框内的部分) 。在进行框支柱、梁内力调整时可按此调整加强部位有关剪力墙、框支柱和梁的内力。局部框支加强范围以外,可按剪力墙结构设计。两者交接部分应加强连接构造, 如板边设暗梁、梁板配筋加强等, 以保证水平剪力传递。
建筑专业为了立面处理的需要, 希望在建筑平面的角部开窗(见图1 中圆形标注内的部分) , 墙体角部在地震作用下, 是较敏感的部位, 特别当结构平面不规则时, 由于平面的扭转, 引起内力重分布, 将使震害加剧, 使得此处的连梁分配更多的地震力,容易产生连梁的超筋问题。因此,需要对此处的连梁采取构造加强措施, 本工程主要采用了以下几点:
(1) 角部开窗的墙体为无翼缘墙体,《抗规》6. 4. 1 条规定墙体厚度,当无端柱或翼墙时不宜小于层高或无支长度的1／12 ,本住宅层高2. 9m～3. 0m,故角部房间墙段厚度取250mm;
(2) 由于角部墙体无翼缘, 延性较差, 应在墙体端部设置暗柱,并适当的加强配筋。
(3) 为了增加墙体平面外的稳定性, 可在每层楼板角部处附加钢筋板带配10Φ12mm钢筋, 两端各锚入暗柱内, 长度≥35d。楼层加强, 双层双向且均按受拉钢筋锚固于墙内和梁内,如图3 所示。
图3 角部平面图
3 结语
局部框支剪力墙结构虽然框支部分很少, 但对框支部分还应该符合部分框支剪力墙结构的, 同时又不完全符合。因此,为满足使用功能和结构抗震设计的要求,同时使剪力墙的布置和用量较为合理, 结构设计时主要应解决以下几个问题:
平面设计时合理布置剪力墙的位置, 使建筑结构的刚心与质心尽量接近。
②对于框支柱上的剪力墙尽可能的减少,减薄,如果实在无法避免时, 框支柱的计算配筋要充分考虑到平面外的荷载作用及内力的相互影响。
③对工程中出现转换层一类的局部特殊结构形式时,应对结构整体计算后对局部特殊结构进行专门的有效受力分析,如对转换层上下层刚度比进行单独的计算。
关键词：高层建筑 剪力墙结构优化设计
中图分类号： TU97 文献标识码： A
前言
目前我国城市土地供应紧张与住宅市场需求旺盛的矛盾日渐突出，城市转而向高度要空间的趋势越来越明显，高层剪力墙结构体系在住宅市场也随之大量应用。因而结构设计的合理与否直接影响千家万户的生命财产安全，作为结构设计人员，应严格按照设计原则进行合理的设计，反复验算，使剪力墙结构满足使用的需要并且有优良的抗震性能，并在以上前提下优化设计以达到合理的工程造价。
一、高层建筑剪力墙结构的概念设计
剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征为弯曲型。剪力墙结构承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好，侧向刚度大，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置。在水平地震作用下，高层短肢剪力墙结构主要表现为整体弯曲变形，底部的小墙肢承由于竖向荷载较大，破坏严重，特别是一字形小墙肢的破坏最为严重。可增加建筑物周边墙肢长度或连梁高度来消除扭转不规则，从而使结构的抗扭刚度明显增大。为了提高墙肢的承载力和延性，还需加强边缘构件配筋，增大这些部位墙肢纵筋和箍筋的配筋率，严格控制轴压比。
二、剪力墙结构设计方面的优化
1、在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向布置，形成空间结构；抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向布置剪力墙，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近，以使其具有较好的空间工作性能。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使其结构具有适宜的侧向刚度。
2、剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用的计算简图较为符合，设计结果安全可靠。宜避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口设置，当剪力墙的洞口布置出现错洞、叠合错洞时，墙内配筋应构成框架形式。
3、较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，以避免剪力墙产生脆性的剪切破坏。抗震设计时，应尽量避免在洞口与墙边或在两个洞口之间形成墙肢截面高度与厚度之比小于4的小墙肢。当小墙肢截面的高度小于墙厚的4倍时，应按框架柱设计，箍筋按框架柱加密区要求全高加密。
4、剪力墙的特点是平面内刚度及承重力大，而平面外刚度及承载力都相对很小，应控制剪力墙平面外的弯矩，保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取足够的措施减少梁端部弯矩对墙的不利影响。
5、剪力墙布置对结构的抗侧刚度有很大影响，剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变；允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向高度沿高度逐渐减小。剪力墙沿高度不连续，将造成结构沿高度刚度突变，对结构抗震不利。
6、在进行剪力墙设计时，应通过结构分析，在满足最大层间位移、周期比、位移比的各项指标确定每层剪力墙的厚度时，同时考虑不同抗震等级轴压比的影响及稳定性和相关构造要求。对于普通的住宅建筑在7度和8度地区，墙厚大多数情况下是按稳定和构造要求所控制的。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条和8.2.2条确定的剪力墙允许高厚比见表1。
注：H为层高或剪力墙无支长度的较小值
三、 剪力墙结构计算方面的优化
在设计剪力墙结构时，应根据规范要求综合考察结构是否合理，如剪力墙结构的刚度不宜过大，在满足楼层最大层间位移与层高之比满足规范的基础上，以规范规定的楼层最小剪力系数为目标。
1、楼层最小剪力系数的调整原则。在满足短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不超过40%的前提下，尽可能减少剪力墙的布置，以大开间剪力墙布置方案为目标，使结构具有适宜的侧向刚度，使楼层最小剪力系数接近（不小于）规范限值。这样能够减轻结构自重，有效减小地震作用的输入，同时降低工程造价。
2、剪力墙水平分布筋在边缘构件中的锚固。边缘构件本身是剪力墙的一部分，不能套用一般的梁与柱连接的做法，因为它与剪力墙墙身之间的连接是相同构件之间的连接。剪力墙的水平布筋是按整片墙肢的配置来抵抗水平地震作用产生的剪力的，用剪力墙边缘构件中的箍筋来改善混凝土的受压性能，约束混凝士，使剪力墙在地震作用下具有较好的耗能和延性能力。可以将水平分布筋延伸至墙肢端部，并垂直弯折15d。
3、连梁的配筋。剪力墙的连梁是耗能构件，它的剪切破坏对抗震不利，会使结构的延性降低。设计时要注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的剪切破坏后于弯曲破坏。切忌人为加大连梁的纵筋，如此，可能无法满足“强剪弱弯”的要求。不能认为加大箍筋就能保证“强剪弱弯”。当连梁不满足截面控制条件时，如果盲目增加箍筋，会导致连梁发生剪切破坏先于箍筋充分发挥作用。连梁截面的抗剪计算，对于跨高比大于2.5的连梁，其剪力设计值应乘以增大系数ηvb：一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1。剪力墙连梁的截面尚应满足以下要求：
跨高比大于2.5时:v≤(0.2βcfcbbhbc)/rRE
跨高比不大于2.5时：v≤(0.15βcfcbbhbc)/rRE
式中：v为梁端截面组合的剪力设计值：βc一混凝士强度影响系数，《高规》(JGJ3—2010)第6.2.6条的规定采用。
4、结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比（周期比）的调整原则。震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心、抗扭刚度太弱的结构，在震中破坏严重。在设计时，要保证结构的抗扭刚度不能太弱：首先要限制结构平面的不规则性，避免产生较大的扭转效应，扭转效应的计算应考虑偶然偏心的影响；其次是限制结构的抗扭刚度不能太弱，具体表现在Tt /T1指标上。在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽可能沿周边布置，以提高结构的侧向刚度和抗扭刚度。若在结构的形心附近加大竖向构件刚度，则只是对侧向刚度的贡献大，对抗扭刚度来说，贡献甚微。
5、计算结果的分析、判断
应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件对不规则和复杂的建筑结构进行整体内力和位移分析，确定其可靠、合理之后，才可在工程设计中运用。分析时要注意以下几点：非耦联计算地震作用时，剪力墙结构自振周期一般在(0．04～O．08)n范围内(其中n为结构计算总层数)；振型曲线光滑连续，零点位置符合一般规律；耦联计算时，扭转为主的周期应不大于平动为主的周期的0.9或0.85倍。结构布置较正常的剪力墙结构，底部总剪力值应大致在v0=aG的范围内(其中a为合适范围系数，G为结构总重)。对于8度设防抗震区的剪力墙结构，合适范围系数一般为：Ⅱ类土a：(4～8)％；Ⅲ类土a=(6～9)％。对称结构在对称外力作用下，其对称点的内力与位移也应是对称的。竖向刚度、质量变化较均匀的结构，在较均匀外力作用下，其内力及位移等计算结果自上而下不应有大的突变。
四 结束语
总之，高层住宅结构如何把握好合理性与经济性至关重要。在规范允许的范围内，合理把握关键部位和次要构件，使计算结果能真实反映结构的受力特性。确保建筑物整体的安全性和经济性，这是设计者在工作中需要不断改进和提高的地方。
参考文献
[1]陈学欣.短肢剪力墙结构设计浅析[J].四川建材,2009(3)
[2]董海棉.高层建筑短肢剪力墙结构设计[J].甘肃科技,2009(10)
1.建筑方案设计阶段
1.1平面体型的规则性和均匀性对含钢量的影响
平面体型的规则性和均匀性对含钢量的影响很大，建筑平面布置外凸与内收程度，以及由此形成的建筑物平面刚度和其是否突变等，均对XY轴双向的动力特性会产生较大影响；两个方向的刚度差异也会导致不均匀性，从而直接影响整体刚度和配筋，这也是为何平面布置较怪（如风车型、工字型、U字型）的高层住宅比规整的高层住宅造价高的原因之一。
1.2竖向高宽比对含钢量的影响
竖向高宽比对含钢量的影响与上一条不相上下，对高宽比大的高层住宅而言，为保证整体稳定性必然要增强其侧向刚度，亦即为满足建筑物抗震、抗风和舒适度的需求，就要保证结构的侧向位移控制在规范要求的范围内，也就是要相应提高抗侧力构件的含钢量。
1.3总高度的变化对含钢量的影响
由于设计的高层建筑多为A级，且大部分的结构布置形式为剪力墙结构，以7度设防地区为例，按照规范80米限值，小于80米的抗震等级为三级，大于80米的抗震等级就提高一个级别为二级，含钢量随之便有一个明显的上升变化。
1.4转换层对含钢量的影响
一般情况下转换层配筋量相当于2～3个标准层的配筋量，而且由于转换层造成竖向抗力构件不连续，转换柱或墙体的配筋也较大，故应以尽量避免或减少转换为基本设计理念。
1.5层高的控制对含钢量的影响
设计经验表明层高的控制对含钢量控制也有较大意义，有数据显示，层高每增加10厘米，含钢量增加约1.0KG/M2。
1.6抗侧力构件的布置对含钢量的影响
抗侧力构件的布置对含钢量的影响亦不容忽视，构件布置合理容易使刚度中心和质量中心接近，从而充分发挥抗侧力构件的扭转刚度，能够保证扭转位移比在规定限制内，可以避免抗侧力构件数量过多和位置不合理造成的多筋超筋现象。
1.7建筑立面造型及细部处理对含钢量的影响
建筑立面丰富，细部构造复杂对含钢量控制也有一定的影响，据有关统计建筑风格为托斯卡纳风格的建筑立面，以及带有转角窗、凸窗、飘窗等细部构造节点大样并采用钢筋混凝土形式时，含钢量能增加0.5～1.0 KG/M2。
2.结构计算——应选取适用的荷载
当建筑物高度增加时，水平荷载（风荷载及地震作用）对结构起的作用越来越大，除了结构内力明显加大外，结构侧向位移增加的更快，弯矩和位移与高度成指数曲线上升关系。一般而言多层和高层建筑结构都要抵抗竖向和水平荷载作用，但是在高层建筑中，其结构要更多的抵抗水平力，抗侧力成为高层建筑结构设计的主要问题；在地震区，地震作用对高层建筑的威胁也比多层建筑要大。因而在结构计算中荷载输入值的选用是否正确，关系到整个工程项目的含钢量是否正常，亦应认真对待。例如填充墙开窗门洞处，应尽量精确选取线恒载，不得随意加大。之前，在方案选择时应建议建筑专业尽量采用轻质材料，减轻结构自重。高层建筑室内填充墙宜采用各类轻质隔墙。，在高层住宅建筑中采用轻质石膏板内隔墙体系，主要的土建结构造价（包括楼板、外墙、内墙、梁、基础结构体系等）比传统砖石混凝土体系的土建结构造价可降低 10%左右，而 GRC（玻璃纤维增强水泥的简称）轻质墙板容重仅相当于同厚度粘土砖砌体密度的 1/3，大大减少了结构荷载，降低了整个建筑的梁、柱及基础的截面积和含钢量。
3.结构布置——优化设计，适当减少剪力墙数量
在高层建筑结构布置时，应注意适当减少剪力墙的布置数量。而对于剪力墙暗柱箍筋形式设计时，应尽量避免重叠，因重叠部分不计入体积配箍率。当约束边缘构件小箍筋采用封闭箍，构造边缘构件在剪力墙高度 2/3 以上（从地面算起）采用封闭箍和拉筋间隔放置。纵向钢筋可选两种直径，“角部”放置较大直径钢筋。例如连体方案建筑由于连接部位采用大开间剪力墙布置，减少了剪力墙的数量，在满足规范限定指标的情况下，可减少含钢量。实际经验表明加大剪力墙布置间距，减少剪力墙数量，是减少含钢量的有效措施。当然也要注意由于连体方案平面长宽比较大，只有在低烈度地区才有减少含钢量的优势，是建筑物体型中平面长宽比影响因素的特例。实践中应在规范允许的范围内进行优化设计，适当减少剪力墙数量，加大框架梁跨度；与建筑专业协商，开间布置避免错位，减少由于框架梁错位而增加的竖向构件，一旦结构布置经过优化，钢筋单方含量和混凝土含量即会相应减少。高层建筑地下室底板建议采用带柱帽的普通钢筋混凝土无梁楼盖，地下室其余各层、地下室顶板、裙楼和住宅塔楼的楼盖建议采用普通钢筋混凝土梁板楼盖。对于细部构件布置，当两轴尺寸接近时，采用双向板布置；当两轴尺寸差别较大时，采用单向板布置。
4.水平构件——应该路径简洁、形式合理
水平构件的布置应使传递荷载路径简洁，以最快的方式将楼面上的荷载传递到结构主体上，再由结构主体的框架柱、剪力墙等竖向构件传递到基础和地基。如果采用的平面构件布置荷载需要经过多级次梁再传递到框架梁，就使得荷载传递路线曲折不明确，造成构件受力复杂，一定会增加工程造价并影响含钢量的控制。同样，构件形式的选择也是这个道理，以地下室梁板式底板与平板式底板的比较为例，带桩基础的地下室底板，采用梁板结构要比采用平板式结构可节省用钢量，但如果柱网中添加了次梁，则不仅使施工更为复杂，而且还会增加用钢量，这一点已在大量工程中得到验证。
5.结构材料——宜采用高强度钢筋
一般的办公、住宅建筑，荷载不太大，但因为要满足电线埋设等要求，板厚不宜小于100mm；而普遍的结构布置原则，板的跨度不宜太小，应使板的配筋由内力控制而不是按构造配置。为此，楼板配筋应尽量采用 HRB335 或 HRB400 才能实现上述目的，实际经验表明采用高强度钢筋可以节省用钢量，而混凝土强度等级对减小配筋的作用很小，不管楼板是构造配筋还是计算配筋，采用 HRB400 钢筋可有效降低含钢量。楼板结构混凝土及钢筋用量一般与建筑层数无关，若采用新型楼盖体系和高强钢筋可以更有效地减少含钢量。采用高强度钢筋，简支边支座钢筋的数量没有减少。由于住宅板跨度较小，采用高强度钢筋后，板底配筋大部分仍为构造配筋，因此，节省钢筋的数量比理论计算数值减少。板垮越大，节省的钢筋越多。
6.结构施工图——不可忽视的微调
当最后进入结构施工图阶段，除了细化初步设计的成果外，还需要对结构计算结果进行进一步微调，柱、剪力墙、梁、板和节点的配筋需进一步斟酌，结构的薄弱部位不要超过计算书的10%，一般为不小于5%。此外关注点也还要放在竖向构件的含钢量控制上（其含钢量约占40%～50%左右），如果仅需要构造配筋，水平筋可考虑用直径8mm，竖向筋可考虑用直径8mm、10mm间隔布置。
严控墙、板和梁配筋，剪力墙和板配筋符合构造要求的，按规范最小配筋率进行设计。如果加强区为200mm或250mm厚的墙水平筋Φ10@150可改为Φ10@200；对非加强区200mm厚的墙水平筋 Φ8@150可改为Φ8@200；若竖向筋Φ10@200 亦可改为Φ10/8@200。梁配筋将30层分9个标准层进行设计。
对于剪力墙体系和短肢剪力墙体系的含钢量控制，如果层数在20～30层的住宅，最好采用传统的全现浇剪力墙结构体系。否则若采用短肢剪力墙，体系就会变得较柔，结构顶点位移和层间位移就不一定能满足规范要求，且“高规”对短肢剪力墙的配筋有了更严格的控制，因而含钢量将会进一步加大。
7.结语
关键词：高层住宅建筑；结构；设计
Abstract: with the domestic land price and the rising material prices constantly, high-rise buildings become a residential development tendency, especially in recent years high-rise residential buildings almost become the mainstream of the domestic residential area construction form, so the design of high-rise residential buildings are very important, and through the optimization design more can effectively reduce costs. This article mainly high-rise residential buildings the problem of the optimization of the structure design is discussed, the hope can provide some references to related unit.
Keywords: high-rise residential buildings; Structure; design
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
引言
自从改革开放以来，中国的建筑行业经历了一次次质的飞跃，尤其是在上个世纪九十年代至今，中国的房地产业异军突起，创造了一个又一个的发展奇迹。而随着近年来城市美化运动的不断兴起，城市在新建建筑和旧有建筑改造方面越来越多的选择了高层建筑，住宅建筑也是如此。如今，在城市的各种居住小区，高层住宅层出不穷，有数据表明，2001年全国城镇小区建设中高层住宅数量基本在3%左右，其中大多集中于北京上海广州等大型城市，十年过去之后的2011年，在新建住宅小区中，高层建筑的比例已经提升至22%，不但中大型城市普遍采用高层住宅设计，小型城市也在不断向这个方向发展。这固然有人口不断向城镇集中的原因，也有土地价格不断上涨的原因，所以高层建筑必将不断增多且有进一步发展的趋势，基于这样的形势，高层住宅建筑结构设计的地位变得越来越重要，而在常见的高层住宅建筑结构设计中，为了尽可能的让建筑使用更合理，成本更低，对其进行优化也是非常必要的。下面本文就以某高层住宅为例对其优化设计进行探讨。
1工程概况
某住宅位于A市比较繁华的地段，该住宅楼平面尺寸67.3m×17.9m，总共设计层数为二十七层，其中地下一层，地上为二十六层，顶部设有出屋面电梯机房及水箱间，建筑面积29276.46m2，采用了纯剪力墙结构，单元间设一道变形缝，抗震设防烈度七度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，建筑物场地土类别为Ⅲ类，基本风压为0.40 kN/m2。变形缝左侧标准层剪力墙结构平面布置，其中地下室到第五层剪力墙厚度为：外墙250，内墙200；从第六层到屋顶剪力墙厚度为：外墙200，内墙160；电梯间剪力墙厚均为160。基础型式为筏板基础，CFG桩复合地基。采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件进行上部结构和基础的计算。
2优化设计
2.1设计方案的优化
在纯剪力墙中，剪力墙作为抗侧力单元，同时承担竖向荷载和地震作用。本工程通过抗侧力构件的合理布置，在地震作用下，使结构的各项目标参数均符合规范要求，并在此前提下，不断优化，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构两方向刚度基本接近，两个方向水平位移均接近规范限值，结构布置更加经济合理。并在本地区率先使用160厚剪力墙，从承载力方面来看，使剪力墙的作用得到充分的发挥；从地震作用来看，减小了结构的侧向刚度，从而减小结构的地震作用；并因此减轻了建筑的自重，也相应减少了基础工程的投资。
本工程楼层最大位移：X方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角:1/1394；Y方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角:1/1220；高规规定剪力墙结构楼层最大值层间位移角限值:1/1000。
2.2基础及地基处理的优化
高层建筑基础的合理选型与设计是整个结构设计中的一个极其重要和非常关键的部分。基础的工程造价在高层建筑整个工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。所以选用合理的基础形式或地基处理方式，对降低工程造价起着至关重要的作用。
该工程地基承载力特征值为250kPa，基底压力为415kPa，天然地基不能满足设计要求，根据工程地质勘查报告，可采取钻孔灌注桩或CFG桩复合地基，就这两种处理方案在满足承载力和变形的前提下加以比较。方案一：采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径φ800，桩长18米，桩数174根。混凝土用量1574m3，钢筋用量45t。方案二：采用长螺旋钻孔泵压CFG桩复合地基，桩径φ400，桩长15米，桩数523根。混凝土用量985m3。初步估算，方案一造价为313.2万元，方案二造价为34.5万元，仅为方案一的11%。
2.3材料的优化
（1）采用高强度钢筋
基础和梁采用HRB400级钢筋，HRB400级钢筋强度设计值与HRB335级钢筋强度设计值之比为360/300=1.2;目前其综合价格比为1.05，据资料统计，用强度高的HRB400级钢筋取代强度低的HRB335级钢筋可节约钢材约14%，这是降低钢筋用量最直接的措施。
（2）采用轻质隔墙
内隔墙采用轻质石膏板内隔墙体系，与轻质砌块隔墙相比，轻质石膏板内隔墙体系具有自重轻、干法作业，安装效率高，易于拆改、施工快捷，缩短工期的优点，近年来在高层住宅建筑中得以广泛应用。以99mm厚的轻质石膏板隔墙为例，其重量为23kg/m2，是相同厚度砌块隔墙重量的28%，可显著节省建筑承重结构和基础费用，降低土建结构造价。
结束语
近年来，随着国家对土地的控制越来越严格，以及各种成本的增加，高层建筑开始应用于住宅，而且在很大程度上会成为将来主流的住宅形式。建筑行业的投资往往比较大，企业要想生存发展，就必须要做好相应的成本控制工作，而在目前的高层住宅建筑中，设计工作虽然开展的不错，但是还是有很多可以优化的地方，只要在满足相关的规范条件下，优化之后的高层住宅建筑往往可以取得较好的经济成果。在本文所列举的工程中，通过以上几个方面的优化设计，在符合现行国家规范前提下，减少了建筑的混凝土用量和钢筋用量，即取得了较好的经济指标，并达到了较佳的设计效果。
参考文献：
[1]王燕，王维.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].山西建筑.2008(05).
[2]张晓芬.浅析高层建筑结构设计中存在的问题[J].科技情报开发与经济.2007(34).
