高層住宅結構設計范文

導語：如何才能寫好一篇高層住宅結構設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞： 高層住宅；結構；設計優化

Abstract: with the improvement of people's living standard, the housing is not only a for shelter, rest place, but also the people enjoy living place. Now, to demand more and more housing conditions, high-rise residential structure optimization design, not only can improve the building safety degree, still can reduce the construction cost, cost savings, to have a higher ratio of housing. In this paper, the residential structure design optimization design, puts forward several Suggestions, hoping to help design personnel.

Keywords: high-rise residential; Structure; Design optimization

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

0引言

高層住宅結構優化是指對建筑物結構進行合理分析，提出結構設計優化方案，目的是在設計滿足國家相關建設法規的前提下，提高建筑物的技術質量，降低總成本，是投資利益最大化，并且能保證建筑物抗震性能和安全性。結構設計優化是對設計再次分析，再次加工的過程。讓住宅結構剛度適中、均衡整體結構布局、減小構件在外力影響下的變形或者破壞，達到既美觀又堅固抗震的效果，這是高層住宅結構優化的目標。

在高層住宅結構優化設計中，每一道工序都要精心設計，做到計算合理準確，方案合理可行，本文對設計優化存在問題進行分析并提出幾點可行建議。

1高層住宅結構設計現狀

1.1 住宅結構設計現狀

低層建筑和高層簡述橫向和豎向的結構體系設計基本原理是相同的，但是建筑高度越高，豎向結構設計越難，這也是建筑界正在努力解決的問題之一。住宅結構越高，就要求有較大的柱子或者墻來承受垂直壓力負荷，這對建筑材料的要求比較高。另外，住宅越高，側向力所產生的剪切變形和傾覆力矩就要大得多，而且側向荷載產生的響應并不是線性的，而是隨著高度增加而迅速增大，在現代高層住宅建筑物中，重要的問題是整體抗彎和抗變形，抗震等，高層建筑與低層建筑結構有著很大差異，需要考慮的因素也很多，例如共振，扭轉，水平側向位移等。所以，高層住宅結構設計比較困難，考慮因素復雜多變，影響因素很多，所以在設計的時候，要從整體上進行把握，設計出實用性強的好方案。

1.2 高層住宅結構設計影響因素

住宅越高，安全性就越來越要重視，抗震性能也要增強，所以設計中要考慮的因素也就增多，主要影響因素有水平負荷，軸向變形，側移等。

(1) 水平荷載.。水平荷載是需要考慮的決定因素，一般來說，豎直方向上載荷在構建中受力只與樓房高度有關，但是水平受力卻比較復雜，且易受外界條件影響，數值變化不定，所以其是影響住宅結構設計因素。

(2) 軸向變形。在高層住宅建筑中，樓層越高，豎向負荷就越大，能夠在軸向引起較大的變形，影響建筑結構的續梁彎矩，將會引起連續梁之間支座點的負彎矩值降低，造成端支座負彎矩值以及跨中正彎矩值增大，從而引起預測材料長度不準確，對下料長度產生影響。

(3) 控制指標側移。結構側移量是高層建筑結構設計要重點考慮的因素，這一點與低層樓房不同，樓房高度越高，側移量在水平荷載影響下變形越明顯，所以在設計的時候，要注意在水平荷載作用下的側移要控制在要求范圍之內。(4)結構延性。結構延性是一種重要設計指標，高層住宅建筑在地震作用下的變形大，建筑越高，變形越明顯，為了在地震情況下放置建筑物倒塌，要特別注意在構造上采取合適的措施，保證住宅的安全。

2高層住宅結構設計優化

2.1 選擇設計結構方案

進行高層住宅結構設計優化時，首先要進行結構方案的選擇。結構方案的好壞決定了結構設計的好壞，對于同一個建筑設計要求，其結構方案往往是不唯一的，但是不同的設計方案會影響工程質量和工程造價，在設計時，一定要選擇合理的結構設計方案?？梢宰裱韵略瓌t。

首先，根據相關建筑規則的規定來完成結構設計方案總體要求，處理好結構與結構的相互關系，充分發揮結構的最佳受力狀態，是結構盡可能簡單明確，直接易懂，具有足夠的承載力，良好的延性和剛度。其次，要保持結構的安全可靠。應該仔細考慮每一個構建，使各個構建能夠相互協調，發揮最大功能，保證設計目標水準，使結構既經濟又安全。再次，要盡量避免或者減小外力作用下的扭轉效應。因為抵抗扭轉效應所需要的材料用量很大，而且結構也會很復雜，會提高工程造價，不經濟不實惠。最后，要積極與建筑部門進行互動交流。結構設計者往往對建筑結構和材料不是很了解，在設計結構方案時，要與建筑師進行交流，聽取他們提出的建議，結構設計師要充分理解結構概念，真實客觀地進行設計，通過反復優化，修改，最后設計出造價最低并且質量最好的結構方案。

2.2 設計優化

在進行高層住宅結構設計優化時，首先是要對建筑結構進行基礎設計，主要有結構承重體系設計，建筑縫的處理設計等，基礎設計完成后，就可以開始進行優化設計了，在優化設計時，要注意一下幾方面。

(1)正確認識結構設計優化的重要性?，F在房地產已經是一個大產業，人們對住宅要求也越來越高，而作為投資方，追求的是利益的最大化，進行住宅結構優化的設計，不但可以有效降低總成本，還可以使建筑結構更美觀安全，能經濟合理的節材降，從而減低工程造價。高層住宅結構設計優化，首先要仔細閱讀建筑結構圖紙，綜合考慮各種因素的影響，經過反復優選等過程，達到設計優化目標，對原結構方案設計進行改進，合理驚醒構件布置，適當選擇構件尺寸等，做到精益求精，最后提出優化建議。

(2)設計方案優化。這部分是設計優化的重點，不僅要進行對抗側力單元優化設計，還要進行框架結構優化設計。使設計符合防震要求，在各項參數都符合規范要求的前提下，不斷進行優化設計，盡量減少剪力墻的數量和厚度，使結構兩方向剛度接近兩個方向水平位移，達到最佳受力狀態。

在設計時，首先要進行建筑結構分析，主要由豎向抗側力構件構成，包括剪力墻，筒體，框架等。主要分析他們的受力狀態，使構件充分利用起來。在進行計算分析時，不能盲目地依賴計算機，還要結合工程師的實際經驗，選擇合適的計算參數，經過多次計算比較，找到最佳參數值。要注意實際結構與計算模型的偏差，因為計算機在計算的過程中，需要對模型進行假定，而實際結構優勢錯綜復雜的，所以計算值與實際結構會有差異，在通過計算值來選擇結構時，要充分結合實際情況來分析。

其次進行框架結構優化主要是根據住宅結構平面，分析豎直載荷和水平載荷，合適實際情況，合理布置構件，選用合適材料，結合實際材料構造進行結構分析和內力分析，根據分析結果適當調整設計結構。此外，還要進行可行判斷，對優化結果進行內力分析，滿足設計要求的前提下，校驗可行性，如果不可行，就要調整設計方案，知道方案可行為止。

(3)地基處理的優化。高層住宅建筑更要注重地基的處理，否則將前功盡棄，在選擇地基時，要選擇地質條件不復雜，容易施工的地質，因為地質條件越復雜，做好地基工作造價越高，而選擇相對簡單的地質條件，不僅可以降低地基處理的成本，地基安全度也會增加，從而降低工程造價，提高工程性價比。

(4) 進行建筑材料的優化。優化建筑材料目的就是花盡量少的錢，做到經濟安全，符合設計要求。這就要求在選擇建筑材料時，要合理利用材料性能，根據不同的需求來選擇不同的材料，實際上，因材料選擇不當造成的浪費很多，有些地方需要質量好材料，有些地方一般材料即可達到要求，設計時，要充分考慮這些因素，例如采用高強度鋼筋低強度取代鋼筋的時候可以節約鋼材。

3結論

高層住宅結構設計優化能夠有效降低工程造價，帶來可觀的經濟效益，不僅能讓建筑物安全實用，又能使其經濟美觀，舒適。所以進行結構優化設計至關重要，實際設計中，要結合實際情況和具體條件來靈活運用設計優化方法，實現住宅建筑設計既安全又經濟。

參考文獻

[1]高立人等.高層建筑結構概念設計［M］．北京:中國計劃出版杜,2005．

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【關鍵詞】高層住宅；錯層結構；剪力墻結構；抗震措施

【中圖分類號】TU973.16【文獻標識碼】A【文章編號】1002-8544（2015）07-0151-01

1.錯層結構的相關理論探討

依據規范及相關參考文獻理論總結：對于錯層結構，一般認為其不利的因素主要存在兩個方面：一是由于樓板被分成數塊，且相互錯置，在錯層構件中產生很大的變形和內力，削弱了樓板協調結構整體受力的能力；二是由于樓板錯層，使得錯層交接部位形成豎向短構件（如框架結構中的短柱），可能在同向受力中因錯層構件剛度大而產生內力集中，不利于抗震設計。短構件問題主要是針對多層框架結構，其不利于抗震的震害表現也多出現在多層框架中。對于以剪力墻為主要抗側力構件的高層住宅，規則的錯層對結構受力的影響有限，影響主要在于兩側有錯層連梁相連的墻體。結構的錯層會增大結構的抗側剛度，錯層構件在結構整體中所占的比例越大，則整體側向剛度增加幅度越大，但剪力墻結構抗側剛度增加的幅度相比于框架結構要小。如圖1所示，相互錯層的相鄰樓板A和B僅由中間的錯層柱或墻相聯系，相比較平面剛度極大的樓板，錯層柱或墻的彎剪剛度是個極小值，當結構受力時，結構兩部分將產生不協調變形，可能會在錯層柱或墻中形成較大的內力，錯層柱或墻的受力與兩部分的均勻性有關。錯層剪力墻結構的試驗研究表明Ⅲ，由于錯層剪力墻結構整體成彎曲破壞.根據振動臺試驗和靜力試驗破壞結果，錯層剪力墻結構與一般剪力墻結構無大的區別。由此可知，錯層對剪力結構體系得影響有限，錯層剪力結構通過結構的合理布置和結構措施的加強，可以滿足抗震設計的要求。

2.工程實例

2.1工程概況

鄭州高新區地礦綜合樓礦產研發中心1#、2#樓住宅小區位于該市高新區，根據其功能要求為錯層剪力墻結構。該工程建筑平面布置為一字型，建筑物長度約為69m，寬度約為12.6m，建筑主體高度52.1m，共18層，加上屋頂以上塔樓的高度后，建筑的總高度為55.8m，高寬比為4.43。規范要求，鋼筋混凝土剪力墻結構伸縮縫最大間距為45m，綜合考慮變形縫設置要求，該建筑變形縫寬度取200mm，將建筑物分成A、B、c三個單元，如圖2所示（陰影處為錯層區域）。建筑剖面圖見圖3，住宅標準層層高為2.9m，上部結構各標準層與錯層之間相差1.45m。該工程為丙類建筑，建筑場地類別為Ⅱ類，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.15g，設計地震分組為第二組，場地特征周期為Tg=0.40S，罕遇地震作用的水平地震影響系數最大值為0.72。計算時基本風壓按50年重現期取0.45KN/㎡。

2.2計算模型

該工程被變形縫分成A、B、C三個單元，其中A和C單元對稱，因此我們只需建立A和B兩個計算模型進行計算。按照《高規》復雜高層建筑結構設計中的錯層結構結構相關要求，錯層兩側宜采用結構布置和側向剛度相近的結構體系。錯層結構中，錯開的樓層應各自參加結構整體計算，不應該并為一層計算。本工程采用現澆剪力結構體系，計算軟件以STAWE為主進行結構計算，以PMSAP進行校對。建模時圖3所示各標高處均按獨立的計算標準層輸入模型，按實際標高組裝，錯層處剪力墻厚度取250mm，與之相連的墻體厚度也取250mm。文獻指出，錯層剪力墻結構設計時墻體應盡量帶有較大的翼緣，一是可以增加墻體的穩定性，二是增加了墻體的抗震承載能力和延性，對抗震有利。所建模型中墻體都帶有較大的翼緣，以增強墻體的穩定性和抗震性能。文獻指出，在進行結構的動力特性分析時，分別采用彈性樓板和剛性樓板模擬結構的錯層樓板，發現兩種計算方法的結果差異不大。振型分解反應譜分析結果表明，結構在常遇地震作用下錯層位置樓板會產生局部應力集中現象，而位移、基底剪力等指標均滿足規范抗震要求。設計中用SATWE和PMSAP計算時，分別考慮錯層樓板為剛性樓板和彈性樓板，發現計算結果確實差異不大。

2.3計算結果

兩種程序的計算結果相差不大，為結構設計提供了保障。

2.4抗震構造措施

對于錯層剪力墻結構，《高規》中指出，錯層處平面外受力的剪力墻截面厚度抗震設計時不應小于250mm，并應設置與之垂直的墻肢或扶壁柱；抗震等級應提高一級采用。錯層處剪力墻的混凝土強度等級不應低于C30，水平和豎向分布鋼筋的配筋率抗震設計時不應小于0.5％。本例參考了大量的相關文獻及其規范的要求，在建筑專業允許的前提下，設置變形縫，將建筑分為三個部分進行設計，減小結構的扭轉效應。在錯層處的剪力墻加厚，厚度取250mm，并讓墻體帶有較大的翼緣，增強墻體的延性和穩定性。錯層處剪力墻抗震等級提高一級，按二級考慮?；炷翉姸鹊燃壴诘撞考訌妳^為C35，上部為C30。

3.結論

需要注意：（1）錯層結構造成平面樓板不連續，豎向構件應力集中，是一種對抗震不利的結構形式，但錯層對剪力墻結構體系的影響有限，錯層剪力墻結構通過結構的合理布置和構造措施的加強，可以滿足抗震設計的要求。（2）錯層剪力墻結構的設計中，考慮結構概念設計，合理的布置結構平面，采用相應的抗震構造措施，可以很好的保證結構的安全性，確保收到良好的經濟效果。

參考文獻

[1]魏雅麗.《某高層建筑錯層剪力墻結構設計[J]》.國外建材科技，2006

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關鍵詞：高層住宅；結構；設計優化

中圖分類號：TU241.8 文獻標識碼：A 文章編號：

0引言

高層住宅結構優化是指對建筑物結構進行合理分析，提出結構設計優化方案，目的是在設計滿足國家相關建設法規的前提下，提高建筑物的技術質量，降低總成本，是投資利益最大化，并且能保證建筑物抗震性能和安全性。結構設計優化是對設計再次分析，再次加工的過程。讓住宅結構剛度適中、均衡整體結構布局、減小構件在外力影響下的變形或者破壞，達到既美觀又堅固抗震的效果，這是高層住宅結構優化的目標。

在高層住宅結構優化設計中，每一道工序都要精心設計，做到計算合理準確，方案合理可行，本文對設計優化存在問題進行分析并提出幾點可行建議。

1高層住宅結構設計現狀

1.1 住宅結構設計現狀

低層建筑和高層建筑橫向和豎向的結構體系設計基本原理是相同的，但是建筑高度越高，豎向結構設計越難，這也是建筑界正在努力解決的問題之一。住宅結構越高，就要求有較大的柱子或者墻來承受垂直壓力負荷，這對建筑材料的要求比較高。另外，住宅越高，側向力所產生的剪切變形和傾覆力矩就要大得多，而且側向荷載產生的響應并不是線性的，而是隨著高度增加而迅速增大，在現代高層住宅建筑物中，重要的問題是整體抗彎和抗變形，抗震等，高層建筑與低層建筑結構有著很大差異，需要考慮的因素也很多，例如共振，扭轉，水平側向位移等。所以，高層住宅結構設計比較困難，考慮因素復雜多變，影響因素很多所以在設計的時候，要從整體上進行把握，設計出實用性強的好方案。

1.2 高層住宅結構設計影響因素

住宅越高，安全性就越來越要重視，抗震性能也要增強，所以設計中要考慮的因素也就增多，主要影響因素有水平荷載，軸向變形，側移等。

(1) 水平荷載.。水平荷載是需要考慮的決定因素，一般來說，豎直方向上載荷在構建中受力只與樓房高度有關，但是水平受力卻比較復雜，且易受外界條件影響，數值變化不定，所以其是影響住宅結構設計因素。

(2) 軸向變形。在高層住宅建筑中，樓層越高，豎向負荷就越大，能夠在軸向引起較大的變形，影響建筑結構的連續梁彎矩，將會引起連續梁之間支座點的負彎矩值降低，造成端支座負彎矩值以及跨中正彎矩值增大，從而引起預測材料長度不準確，對下料長度產生影響。

(3) 控制指標側移。結構側移量是高層建筑結構設計要重點考慮的因素，這一點與低層樓房不同，樓房高度越高，側移量在水平荷載影響下變形越明顯，所以在設計的時候，要注意在水平荷載作用下的側移要控制在要求范圍之內。

2高層住宅結構設計優化

2.1 選擇設計結構方案

進行高層住宅結構設計優化時，首先要進行結構方案的選擇。結構方案的好壞決定了結構設計的好壞，對于同一個建筑設計要求，其結構方案往往是不唯一的，但是不同的設計方案會影響工程質量和工程造價，在設計時，一定要選擇合理的結構設計方案?？梢宰裱韵略瓌t。

首先，根據相關建筑規則的規定來完成結構設計方案總體要求，處理好結構與結構的相互關系，充分發揮結構的最佳受力狀態，是結構盡可能簡單明確，直接易懂，具有足夠的承載力，良好的延性和剛度。

其次，要保持結構的安全可靠。應該仔細考慮每一個構件，使各個構件能夠相互協調，發揮最大功能，保證設計目標水準，使結構既經濟又安全。

最后，要積極與建筑專業進行互動交流。結構設計者往往對建筑的材料不是很了解，在設計結構方案時，要與建筑師進行交流，聽取他們提出的建議，結構設計師要充分理解結構概念，真實客觀地進行設計，通過反復優化，修改，最后設計出造價最低并且質量最好的結構方案。

2.2 設計優化

在進行高層住宅結構設計優化時，首先是要對建筑工程進行基礎設計，主要有結構承重體系設計，抗震縫的處理設計等，基礎設計完成后，就可以開始進行優化設計了，在優化設計時，要注意以下幾個方面：

(1)正確認識結構設計優化的重要性?，F在房地產已經是一個大產業，人們對住宅要求也越來越高，而作為投資方，追求的是利益的最大化，進行住宅結構優化的設計，不但可以有效降低總成本，還可以使建筑結構更美觀安全，能經濟合理的節能降材，從而降低工程造價。高層住宅結構設計優化，首先要仔細閱讀建筑結構圖紙，綜合考慮各種因素的影響，經過反復優選等過程，達到設計優化目標，對原結構方案設計進行改進，合理進行構件布置，適當選擇構件尺寸等，做到精益求精，最后提出優化建議。

(2)設計方案優化。這部分是設計優化的重點，不僅要進行抗側力單元優化設計，還要進行框架結構優化設計。使設計符合抗震要求，在各項參數都符合規范要求的前提下，不斷進行優化設計，盡量減少剪力墻的數量和厚度，使結構兩個方向剛度接近兩個方向水平位移，達到最佳受力狀態。

在設計時，首先要進行結構分析，主要由豎向抗側力構件構成，包括剪力墻，筒體，框架等。主要分析他們的受力狀態，使構件充分利用起來。在進行計算分析時，不能盲目地依賴計算機，還要結合工程師的實際經驗，選擇合適的計算參數，經過多次計算比較，找到最佳參數值。要注意實際結構與計算模型的偏差，因為計算機在計算的過程中，需要對模型進行假定，而實際結構錯綜復雜，所以計算值與實際結構會有差異，在通過計算值來選擇結構時，要充分結合實際情況來分析。

其次進行框架結構優化主要是根據住宅結構平面，分析豎向荷載和水平載荷，核實實際情況，合理布置構件，選用合適材料，結合實際材料構造進行結構分析和內力分析，根據分析結果適當調整結構設計。

3)地基處理的優化。高層住宅建筑更要注重地基的處理，否則將前功盡棄，在選擇地基時，要選擇地質條件不復雜，容易施工的地質，因為地質條件越復雜，地基處理造價越高，而選擇相對簡單的地質條件，不僅可以降低地基處理的成本，地基安全度也會增加，從而降低工程造價，提高工程性價比。

3結論

高層住宅結構設計優化能夠有效降低工程造價，帶來可觀的經濟效益，不僅能讓建筑物安全實用，又能使其經濟美觀，舒適。所以進行結構優化設計至關重要，實際設計中，要結合實際情況和具體條件來靈活運用設計優化方法，實現住宅建筑設計既安全又經濟。

4 參考文獻

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關鍵詞：小高層住宅；結構形式；結構方案

中圖分類號：TB482.2文獻標識碼：A

1小高層住宅的優越性

隨著住宅層數的增加,容積率的提高,同等規模的居住區的用地面積也會相應減少。小高層住宅能有效地節約用地。住宅設計應以人為本。電梯的使用,體現了對人的關懷。小高層住宅電梯的使用,不僅解決了垂直交通問題,方便居民(尤其是老齡居民)的出入,而且大大提高了房屋的居住品質。小高層住宅由于采用框架和剪力墻結構體系,整體性、抗震性都大大優于多層磚混結構。小高層住宅的經濟性體現在電梯的優化設計和土建費用較低方面?？傊?小高層的整體投入低于高層,其中7層～9層的小高層住宅的投入只略高于多層住宅,但由于節約了土地,也就減少了資源浪費、節省了大筆的費用。

2小高層住宅的基本結構形式

2.1框架結構

框架結構一般適用干多層結構和小高層結構，適用高度范圍在60.0m以下(6度設防)框架結構具有布置靈活，可以有較大的室內空間等特點。填充墻采用輕質隔墻可以減輕結構自重，但是框架柱內凸會影響戶型的實際使用面積，并影響家具的布置，有時由于住宅中房間分隔的不規則性又造成柱網的難以布置?！陡咭帯吩诘?.8.2條中規定，對高度大干30.0m的框架結構建筑，在抗震為6度設防的地區，抗震等級為三級，sATwE程序計算結果為：在水平荷載(風荷載及地震荷載)作用下，水平位移與層間位移比為最大(1／1200)；由于框架柱作為唯一的抗水平力構件，軸壓比限值為0.90，故框架柱截面尺寸較大。并且由于建筑的造形或使用的要求，會形成框架的一端位于柱上、另一端位于梁上的現象，或幾根框架柱不在同一條軸線上，形成單跨框架現象，從而成為抗震的薄弱環節。在需要考慮到抗震設防要求的結構設計中，由于框架粱柱截面比較小，剮度比較低，抗震性能又差，如果采用砌體填充墻，在地震中會損壞嚴重并且修復費用高，所以對高層結構不宜采用。

2.2異型柱框架結構

這種結構形式派生于框架結構形式，具有框架結構的特點，此外，它與墻同寬的異型柱解決了建筑平面使用問題。據《混凝土異型柱結構技術規程~JGJ1492006第3.1.2條規定：抗震設防為6度時，異型柱結構適用于高度為24m以下的房屋。由于異型柱在受力性能方面(比如受剪承載力、節點承載力以及延性等)比普通矩形柱差，它無法滿足比較高的建筑物在抗側力以及軸力等方面的要求。所以，相對來說異型柱框架結構在抗震性能方面是最差的一種結構形式。但由于能夠解決住宅室內無柱角的問題，在多層中還是有比較好的應用市場。

2.3普通剪力墻結構

普通剪力墻結構一般用于高層住宅的結構設計，尤其是在30層左右的高層結構中廣泛應用。這種結構形式的特點是根據建筑平面布局來設置鋼筋砼墻，使用剪力墻以解決建筑平面的使用問題。它的優點是整體剛度大，抗震性能好，水平位移小，居住舒適。剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，否則對結構受力及抗震均不利。若剛度太大，周期太短，導致地震效應增大，造成不必要的材料浪費；但如果剛度太小，結構變形太大，則會影響建筑物的使用。對于小高層住宅來說，剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對于結構安全及工程的經濟性具有十分重要的作用。

2.4框架剪力墻結構

在近幾年的高層結構設計中，框架剪力墻結構形式應用比較廣泛。這種結構形式既具備框架結構布置靈活的優點，又具備較好的抗震性能，缺點是其框架柱的內凸也會影響到戶型的使用面積及家具的布置。在這種結構形式中，由于框架柱主要承受豎向荷載，軸壓比限值較框架結構有所放寬，但是考慮到框架柱的構造要求，若在實際計算中軸壓比大于0．90，柱配筋則可能比較大，所以與框架結構一樣存在上述的建筑使用問題。

2.5異型柱框架剪力墻結構

這種結構形式派生于框架剪力墻結構形式，與墻同寬的異型柱解決了建筑平面使用問題。在抗震方面，異型柱主要承受豎向荷載，水平位移及層間位移大大減小，但是異形柱的肢長較短，所以當建筑物較高時，異形柱無法滿足軸力和抗側力的要求。以抗震為6度設防的地區為例，建筑物高于18.0m抗震等級即為三級，框架剪力墻結構的總高度要小于45.0米，柱中距要小于7.20米，這點比框架結構的60.0米上限的要求嚴格。

2.6短肢剪力墻結構

這種結構形式的特點是根據建筑物平面布置的要求而在其凹凸轉角處布置各種形式的短墻肢，主要有“一型、Y型、+型、T型、Z型、Y型”等各種形式。在使用這種結構形式時，結構布置極其靈活，可以將管道井、電梯間和樓梯間等部位四個側面的剪力墻均布置短肢剪力墻，也可以根據需要布置一些長肢墻，所以基本上能滿足建筑物的使用布置和豎向受力要求。不過由于短肢剪力墻在抗震性能方面較弱，而且在地震區應用的經驗也不多，所以為了安全起見，在抗震方面，對這種結構設計的使用范圍、抗震等級、最大適用高度、墻肢厚度、軸壓比、截面剪力設計值、縱向鋼筋配筋率等方面都有較嚴格的規定限制。目前的短肢剪力墻體系小高層建筑由于考慮埋置深度的要求，一般均設置地下室，基礎則采用樁筏基礎，對樁基礎進行合理選型，將對整個地下室設計的經濟性產生重要影響。

3小高層結構設計的總體指標控制

3.1總體信息的設置與控制。

電算判斷結構抗震是否可行的主要依據是在風荷載和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，結構的振型曲線，自振周期以及風荷載和地震作用下建筑物底部剪力和總彎矩是否在合理范圍中?？傮w信息的設置對這幾組電算限值的影響是十分明顯的。因此，合理設置總體信息的數值，才能正確地判別結構體系及構件截面尺寸是否可行。譬如說建筑物剛度太大，周期太短，導致地震效應增大，就會造成不必要的材料浪費；但剛度太小，結構變形太大，又會影響建筑物的使用。這里以小高層住宅常用的剪力墻結構設計為例，有以下幾組數值值得注意：

（1）抗震設計時，宜考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應，振型數不應小于 15，對多塔樓結構的振型數不應小于塔樓數的 9倍，且計算振型數應使振型參與質量不小于總質量的 90%。

（2）計算各振型地震影響系數所采用的結構自振周期應考慮非承重墻體的剛度影響予以折減，當非承重墻體為填充磚墻時，剪力墻結構可取 0.9 ～ 1.0，框架剪力墻結構可取 0.7 ～ 0.8。

（3）在內力與位移計算中，抗震設計的框架剪力墻結構和剪力墻結構中的連梁剛度可予以折減，節減系數不宜小于 0.5。

（4）樓層層間最大位移與層高之比的限值 u/h 不宜小于1/1000 且第一自振周期為平動周期，周期大小約為層數的 0.06～ 0.08 倍之間。

3.2 高層結構的平面及豎向布置。

在高層建筑的一個獨立結構單元內，宜使結構平面形狀簡單，規則，剛度和承載力分布均勻。不應采用嚴重不規則的平面布置。豎向體形宜規則、均勻，避免有過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應采用豎向布置嚴重不規則的結構。

（1） 結構平面布置應減小扭轉的影響，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移是A 級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的 1.2 倍，不應大于該樓層平均值的 1.5 倍。

（2） 當樓板平面比較狹長、有較大的凹入和開洞而使樓板有較大削弱時，應在設計中考慮樓板削弱產生的不利影響。樓面凹入或開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半；樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的 30%；在扣除凹入或開洞后，樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于 5m，且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應小于 2m。

（3）高層建筑結構伸縮縫的最大間距現澆框架結構為 55m，現澆剪力墻結構為 45m。

（4）抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的 70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的 80%。

3.3 高層建筑的基礎設計。

高層建筑的基礎設計，應綜合考慮建筑場地的地質狀況、上部結構的類型、施工條件、使用要求，確保建筑物不致發生過量的沉降或傾斜，滿足建筑物正常使用要求。還應注意與相鄰建筑物的影響，避免因基坑降水而影響鄰近建筑物、構筑物、地下設施等的正常使用與安全。常用的高層建筑基礎類型有筏形基礎，箱形基礎，樁基礎等。筆者所在地區的淺層土體承載力較低，持力層埋深一般大于 25m，較多選用預應力鋼筋混凝土預制樁基礎。樁基承臺可選用：柱下單獨承臺、雙向交叉梁、筏板承臺、箱型承臺。目前的剪力墻體系小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設置地下室?；A則采用樁筏基礎。如何對樁進行合理選型，將對整個地下室設計的經濟性產生重要影響。

3.4 剪力墻結構的設計。

抗震設計的剪力墻結構中，剪力墻應沿主軸或其他方向雙向布置，避免單向有墻的結構布置形式。剪力墻布置必須均勻合理，自下到上連續布置，避免剛度突變，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，且X，Y兩向剛重比接近。

（1）在結構布置上應避免一字形剪力墻和短肢剪力墻，若出現則盡量布置成長墻（h/w>8）。短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為 5 ～ 8 的剪力墻，一般的剪力墻是指墻肢截面高厚比大于 8 的剪力墻。短肢墻的厚度不應小于 200mm，7、8 度抗震設計時，宜設置翼緣。

（2）剪力墻墻體配筋一般要求水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。配筋滿足計算及規范建議的最小配筋率即可，即一、二、三級抗震設計時均不應小于0.25%，四級抗震設計和非抗震設計時不應小于 0.20%，雙排鋼筋之間采用φ6@600 600 拉筋。

（3） 一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應按《高層建筑混凝土結構技術規程》第 7.2.16 條設置約束邊緣構件；其余剪力墻應按第 7.2.17 條設置構造邊緣構件即可。由于規范中已有十分詳細的規定，這里不再重復了。

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【關鍵字】異形柱框架結構；短肢剪力墻；結構特點；概述

1. 引言：

隨著社會經濟的日益繁榮昌盛，高層住宅發展較為迅速，設計思路也在不斷的推陳出新，尤其是近些年來人們對房屋的平面和空間布置的要求條件越來越高，從而對高層住宅的建筑布局也就有了新的規劃和設計，普通的框架結構（比如，露梁露柱）已經很難被房屋的使用者所接受，因為它不但影響到室內家具的擺放，而且對屋內空間沒有達到有效的利用，因此，建筑工程師要根據以上問題來探索一種無論是在安全性、適用性還是在經濟性都能達到一個良好效果的結構形式。比如異形柱框架結構、中高層磚墻與混凝土剪力墻組合砌體結構、短肢剪力墻結構等已經陸續進入相應的應用階段。

2. 異形柱框架結構

2.1 異形柱框架結構的概述

異形柱框架結構體系是指異形柱截面采用的圖形是“L”形“T”形“Z”以及十字形，并不是常用的矩形、圓形、肢寬與填充墻厚度相等，而是要保證異形柱截面的肢長和肢寬的比要小于4的柱和相應梁組成的框架。此種框架結構一般在室內沒有柱棱，并且墻體厚度也比較薄，這樣一來，我們不但可以有效的利用房屋使用面積，而且還可以采用相對比較輕質的墻體材料進行墻的填充，減輕了結構的自身重量，同時還使得建筑物的熱工性能得到很好的改善。

2.2 異形柱框架結構的特點及相關規定

因為異形柱框架結構是一種總抗側力剛度比較弱的一種結構體系，因此我們在抗震設計、截面設計以及節點設計要更加的嚴格一些。

（1）適用高度

由于異形柱框架結構從豎向來看整體結構比較輕柔，因此相對于矩形柱框架結構設計來說，其房屋的最大高度要有較大幅度的降低。

（2）柱的截面計算

異形柱截面其本身是一個雙向偏壓的構件，因此我國對其正截面承載力的研究一般采用數值積分法，此種方法在科學研究領域應用比較廣泛，在實際的軟件開發領域由于其求解效率太低，計算時間過長，而使得其沒有得到廣泛的運用。在實際的操作中，我們一般采用：第一種方法：有限元法，即利用現有的有限元計算程序來求出各柱單元的內力，然后在根據相關的的規范制度來進行配筋的計算。該方法在計算精確度和計算模型上可靠性還是比較高的，但是美中不足的是，在數據準備的過程中耗時比較長，并且還要求設計人員必須有一定的有限元知識功底來做保障。第二種方法：近似等效截面法，即在計算的過程中，根據等慣性矩原則，將異形柱的截面等效成矩形柱截面，然后再通過計算機程序進行相應的計算，求出柱的內力，在運用矩形柱的內力與對應位置的異形柱之和，求出異形柱的配筋數。此種方法雖然在時間上沒有很大的耗費，但是其計算的精確度比較低。

（3）構造要求

①柱截面肢寬：為了防止在荷載作用下，由于粘結的強度不夠而出現破壞的風險，因此，我們在柱截面肢寬的設計上不宜過小，一般情況下，柱肢寬度與墻的厚度是等同的，且以不小于200毫米為宜，柱肢長度為550～600毫米，最長不能超過800毫米。

②材料要求：為了提高異形柱框架的抗震等級，減少結構的側移，在材料的要求上，我們應該采用現澆框架，并將現澆樓面優先采用。此外，對混凝土的鋼筋強度要求也是比較嚴格。

③軸壓比控制：為應對當前混凝土的嚴格規范要求，我們在設計思路上應盡量降低建筑物本身的重量，一般情況下，我們可以將建筑物的平均重量控制在9.0KN/m?比較合適。在此還應該著重強調的是，在建筑物的長度比較長，而沒有設置伸縮縫的情況下，我們應該對適當的加強混凝土鋼筋的強度等級，減少分布筋的間距，進而提高其抗裂性能。

3. 短肢剪力墻結構

3.1 短肢剪力墻的概述

短肢剪力墻是指墻肢截面高度和厚度之比為5～8的剪力墻。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》的相關規定，在高層住宅建筑結構中不宜完全采用短肢剪力墻的結構，當設置的短肢剪力墻比較多時，我們應該布置筒體或者一般剪力墻，進而運用短肢剪力墻和筒體來進行水平力剪力墻結構的防范。

3.2 短肢剪力墻的結構特點

近幾年來隨著短肢剪力墻的興起，對減輕建筑物結構的本身重量又有了很大的進步，并且應用也比較廣泛。短肢剪力墻是剪力墻結構體系的其中一種，其與剪力墻不同的是，在剪力墻肢的選擇上是有所差別的，短肢剪力墻采用的是比較短的墻肢，并且采用的常用圖形為“L”字形、“T”字形、“Z”字形、十字形、折線形以及一字形等等。

3.3 短肢剪力墻的抗震薄弱環節和概念設計

首先，為了最大限度的減少扭轉效應，在短肢剪力墻的分布問題上我們應該力求達到均勻分布，保證剛度中心和建筑物質心的接近。還有至于在剪力墻數量和肢長長度的確定問題上我們應該根據抗側力的需求來加以確定。

其次，與普通的剪力墻結構相比較而言，短肢剪力墻的抗側剛度還是比較薄弱的，因此，高層建筑上不應該采取全部為短肢剪力墻的結構體系，在設計時，我們應該布置筒體（比如，我們可以利用電梯與樓梯間形成剛度較大的內筒），進而運用短肢剪力墻和筒體來進行水平力剪力墻結構的抵抗，防止建筑結構出現較大的變形。

第三，在短肢剪力墻的配筋加強問題上，我們應該將墻肢截面的軸壓比控制在小于等于0.6，主要目的是為了提高墻肢的承載能力和延性。此外，在連接各墻肢間的梁我們應該采用不同于一般剪力墻的連梁，并且為保證連梁不被破壞，我們要對連梁進行“強剪弱彎”的驗算。

最后，為了提高短肢剪力墻的承載能力和抗變形能力，我們需要將短肢剪力墻的混凝土強度等級設置在大于等于C25。對于短肢剪力墻的剪力設計值，應該將底部加強部和其他各層都作出相應的調整，并根據抗震等級的不同分別乘以相應的系數，主要目的是為了防止短肢剪力墻過早的被剪壞。

4 結束語

總之，雖然異形柱框架結構和短肢剪力墻結構在現實生活中都得到了廣泛的運用，但是，由于其本身各自有其獨特的結構局限性，目前仍需要我們對其進一步的改善和提高，希望在我們的努力探索下，能夠給社會帶來更多的優異的產品。

參考文獻

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[2]楊利,席艷.高層建筑結構設計[J].城市建設理論研究，2011年

[3]程全豐.鋼筋混凝土框架結構設計的幾個問題分析[J].今日科苑,2008

[4]黃志雄,劉少輝.工業建筑結構設計中的問題分析[J].四川建設.2007年

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關鍵詞:高層住宅；剪力墻；結構布置；優化設計

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：

剪力墻作為一種新型的結構體系，具有結構剛度大、整體性好、用鋼量少和施工方便等優點，能夠承擔各類荷載引起的內力，且可以有效控制結構的水平力，目前剪力墻結構在高層住宅建筑中有著廣泛的應用及推廣。但剪力墻結構屬于復雜高層建筑結構，其抗震性能與普通高層結構相比更為不利，若設計人員沒有做好住宅建筑剪力墻結構的設計工作，很可能影響到剪力墻整體性能的發揮，甚至影響到住宅建筑的質量安全。因此，建設單位必須清晰認識到剪力墻結構設計的重要性，通過探討剪力墻結構的設計工作，采取必要的防震措施，并在確保安全的基礎上對剪力墻結構進行優化設計，從而有效提高住宅建筑的抗震性能及經濟性。

1 工程概況

某高層剪力墻住宅抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第二組，建筑物場地類別為III類場地，場地特征周期為0.45s，設防類別為標準設防類。本工程為地下1層，地上18層的帶錯層高層剪力墻結構住宅，建筑總長度為30.6m，總寬度為15.2m，屋面高度為54.0m，室內外高差0.3m，高寬比約為3.6，長寬比約為2.0，非錯層部位層高3.0m，錯層部位層高為4.5m，在高度方向將3個3.0m設計成2層，每隔3層(9m)，有一個平層，平層處樓板是拉通的。錯層部分所占平面比例約為35%，標準層平面和剖面圖見圖1。

圖1 樓層錯層平面及剖面

2 結構布置

從圖1a可以看出，本工程建筑平面布置基本對稱和規則的，因此結構的平面布置也是基本對稱的，是規則的，這樣就避免了引起較大的扭轉效應，同時，為了減少豎向抗側力結構的不規則程度和錯層對剪力墻的不利影響，與建筑專業充分協調，盡量避免在受力復雜的錯層處的剪力墻上開洞。另外，從圖1b可以看出，本工程每隔3層(錯層)有一平層，平層樓板相連通，這些平層加強了各豎向抗側力結構構件之間的聯系，協調了非錯層及錯層豎向構件的差異變形，作用非常重要。鑒于此，對平層的構造措施進行了加強，使其更有效地傳遞地震產生的剪切作用力。

3 分析結果論述

根據JGJ3―2010第10.1.1條規定，錯層剪力墻結構屬于復雜高層建筑結構。JGJ3―2010第5.1.12條規定，應采用至少兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力分析計算，所以除了用SATWE計算外，還采用了MIDAS和ETABS兩種軟件對本結構進行整體內力分析，并對三種不同軟件的計算結果進行了對比分析。

運用SATWE分析時，錯開的樓層均各自參加結構整體計算，故結構建模時按每個錯開樓層進行建模。選取計算參數時，結構體系采用復雜高層結構，考慮平扭耦連計算結構的扭轉效應，并考慮偶然偏心。根據JGJ3―2010第3.9.3條的規定，設防烈度為7度，房屋高度不大于60m的一般剪力墻結構，其剪力墻抗震等級應為三級。

3.1 周期及剪重比

根據JGJ3―2010第3.4.5條的要求，結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9。B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結構及JGJ3―2010第10章所指的復雜高層建筑(含錯層結構)不應大于0.85。為了控制結構的在地震作用下的扭轉效應，側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的相對關系，因此JGJ3―2010用周期比來反映整體結構的抗扭能力，三種不同分析軟件計算所得的周期及周期比見表1。

表1 周期比

由表1可以看出，對于錯層剪力墻結構，三種軟件計算的周期值稍有差異，第一扭轉周期和第一平動周期的比值相差很小。計算時應該注意，必須在強制剛性樓板假定下進行計算，這樣才能消除錯層結構中的局部振動。

3.2 結構平面不規則驗算

根據JGJ3―2010第3.4.5條的要求，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍。B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結構及JGJ3―2010第10章所指的復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。位移比反映的是結構平面布置的規則性，其目的也是限制結構的扭轉效應，避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。由于本工程為錯層結構，輸出的計算結果是每個結構層的位移比，也包括錯層部位，這種結果是不準確的，根據相關資料，可以采用按實際層考慮錯層結構中的位移比及層間位移角的方法，即某一豎向構件以有水平構件(有樓板相連)為準設為一實際層，通過選用位移詳細輸出，每層每個點的位移均能輸出。由于最大位移往往發生在建筑物的四角，所以可以取建筑物四角的實際層的位移差來計算最大層間位移比和層間位移角，取樓層的兩個角點計算位移的平均值，并在此基礎上計算位移比及層間位移角，最大水平位移也可取建筑物四角的位移值，以此來計算最大水平位移比，從而解決位移比問題。圖2為三種分析軟件計算所得的位移角曲線對比。

a―X向；b―Y向

1―SATWE結果；2―ETABS結果；3―MIDAS結果

圖2 X、Y向位移角

從圖2的位移曲線對比圖可以看出，本工程雖然有錯層的存在，但整體變形曲線與一般剪力墻結構的變形曲線形狀大體一致，沒有明顯的變形突變。

3.3 樓層薄弱層驗算

根據JGJ3―2010第3.5.3條規定，A級高度高層建筑樓層抗側力結構的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應小于其相鄰上一層受剪承載力的65%。根據程序的計算結果，層間受剪承載力滿足規范的要求，即沒有薄弱層。

從圖3所示的樓層地震剪力曲線可以看出，與一般剪力墻結構一樣，從下到上是逐層遞減的，沒有明顯的剪力突變，曲線大致光滑。

a―X向；b―Y向

1―SATWE結果；2―ETABS結果；3―MIDAS結果

圖3 X、Y向樓層剪力

3.4 彈性時程分析

根據JGJ3―2010第5.1.13條的規定，復雜高層應采用彈性時程分析法進行補充計算。時程分析選波時:應按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于二組實際地震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線，其中天然波TH3TG065，特征周期0.65s，有效峰值加速度35cm/s2，持續時間40s；人工波RH2TG055，特征周期0.55s，有效峰值加速度35cm/s2，持續時間40s；天然波TH3TG045，特征周期0.45s，有效峰值加速度35cm/s2，持續時間30s，其平均地震影響系數曲線應與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符，且彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得的結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法求得的底部剪力的65%，多條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法求得的底部剪力的80%。

4 優化設計

經過對三種不同分析軟件計算結果的對比分析，對施工圖進行了如下優化設計:

1)抗震等級的合理選取:非錯層部位框架梁的抗震等級采用三級，錯層處的框架梁的抗震等級提高一級按二級采用，并適當加強縱筋和箍筋的配筋量。錯層處剪力墻抗震等級提高一級按二級采用，剪力墻厚度為250mm，設置約束邊緣構件，水平和豎向分布筋配筋率均不小于0.5%，其他非錯層部位剪力墻抗震等級按三級采用，剪力墻厚度均為200mm，加強區設置約束邊緣構件，非加強區設置構造邊緣構件，水平和豎向分布筋配筋率均不小于0.3%，這樣避免了全都采用二級梁和剪力墻帶來的浪費。

2)考慮到錯層部位的結構樓板受力較復雜，且易產生應力集中，本工程樓板厚度適當加強。樓板厚度除一層嵌固端為180mm厚外，其余各層樓板板厚最小取120mm(個別跨度較大的樓板厚度按實際需要)，錯層范圍內的樓板采用雙層雙向配筋，錯層部位每個方向單層鋼筋的配筋率不小于0.25%，如圖4所示。

3)平層處的樓板采用除適當加厚處理外，還增加部分通長鋼筋的方法進行適當加強，在保證滿足規范和安全的前提下，最大限度的降低工程造價，達到經濟合理的目標。

注:－－－表示抗震等級為二級的錯層處剪力墻。

圖4 典型平面配筋

5 結語

通過分析住宅建筑剪力墻結構設計工作，筆者得出了以下幾點建議：①剪力墻結構具有結構復雜；抗震性能差和受力復雜等特點，在設計過程中應采用平面布置規則的結構體系，以減少扭轉效應；②平層樓板課通過加厚樓板厚度、加強配筋來促進平層樓板在各豎向抗側力結構間的聯系，加強抗震的有效傳遞；③在進行結構分析時，應采用不同力學模型的軟件分別計算，并根據規范的要求采用彈性時程分析法進行補充計算，從而更好的保證結構在地震作用下的安全性和可靠性；④本工程在滿足建筑功能和安全的前提下，最大限度的降低了工程造價，受到業主及參建方的一致好評。

參考文獻

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關鍵詞：高層建筑；剪力墻結構；優化設計

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：

一、高層建筑剪力墻結構的概念設計

高層建筑結構同時承受垂直和水平荷載，還要抵抗地震作用，在低層結構中，水平荷載產生的內力和位移很小，通?？梢院雎?；而在高層建筑中，水平荷載和地震力的作用將成為高層建筑剪力墻的控制因素。剪力墻結構在水平力作用下側向變形的特征為彎曲型。剪力墻結構承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好，側向剛度大，水平力作用下側移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內部布置。在水平地震作用下，高層短肢剪力墻結構主要表現為整體彎曲變形，底部的小墻肢承由于豎向荷載較大，破壞嚴重，特別是一字形小墻肢的破壞最為嚴重?？稍黾咏ㄖ镏苓厜χL度或連梁高度來消除扭轉不規則，從而使結構的抗扭剛度明顯增大。為了提高墻肢的承載力和延性，還需加強邊緣構件配筋，增大這些部位墻肢縱筋和箍筋的配筋率，嚴格控制軸壓比。

二、剪力墻結構設計方面的優化

1、在剪力墻結構中，剪力墻宜沿主軸方向布置，形成空間結構；抗震設計的剪力墻結構，應避免僅單向布置剪力墻，并宜使兩個受力方向的抗側剛度接近，以使其具有較好的空間工作性能。剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使其結構具有適宜的側向剛度。

2、剪力墻墻肢截面宜簡單、規則，剪力墻的豎向剛度應均勻，剪力墻的門窗洞口宜上下對齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，應力分布比較規則，又與當前普遍應用的計算簡圖較為符合，設計結果安全可靠。宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設置，當剪力墻的洞口布置出現錯洞、疊合錯洞時，墻內配筋應構成框架形式。

3、較長的剪力墻宜開設洞口，將其分成長度較均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個獨立墻段的總高度與其截面高度之比不應小于2，以避免剪力墻產生脆性的剪切破壞?？拐鹪O計時，應盡量避免在洞口與墻邊或在兩個洞口之間形成墻肢截面高度與厚度之比小于4的小墻肢。當小墻肢截面的高度小于墻厚的4倍時，應按框架柱設計，箍筋按框架柱加密區要求全高加密。

4、剪力墻的特點是平面內剛度及承重力大，而平面外剛度及承載力都相對很小，應控制剪力墻平面外的彎矩，保證剪力墻平面外的穩定性。當剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時，應采取足夠的措施減少梁端部彎矩對墻的不利影響。

5、剪力墻布置對結構的抗側剛度有很大影響，剪力墻宜自下到上連續布置，避免剛度突變；允許沿高度改變墻厚和混凝土強度等級，或減少部分墻肢，使側向高度沿高度逐漸減小。剪力墻沿高度不連續，將造成結構沿高度剛度突變，對結構抗震不利。

6、在進行剪力墻設計時，應通過結構分析，在滿足最大層間位移、周期比、位移比的各項指標確定每層剪力墻的厚度時，同時考慮不同抗震等級軸壓比的影響及穩定性和相關構造要求。對于普通的住宅建筑在7度和8度地區，墻厚大多數情況下是按穩定和構造要求所控制的。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》第7.2.2條和8.2.2條確定的剪力墻允許高厚比見表1。

注：H為層高或剪力墻無支長度的較小值

三、 剪力墻結構計算方面的優化

在設計剪力墻結構時，應根據規范要求綜合考察結構是否合理，如剪力墻結構的剛度不宜過大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規范的基礎上，以規范規定的樓層最小剪力系數為目標。

1、樓層最小剪力系數的調整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層最小剪力系數接近（不小于）規范限值。這樣能夠減輕結構自重，有效減小地震作用的輸入，同時降低工程造價。

2、剪力墻水平分布筋在邊緣構件中的錨固。邊緣構件本身是剪力墻的一部分，不能套用一般的梁與柱連接的做法，因為它與剪力墻墻身之間的連接是相同構件之間的連接。剪力墻的水平布筋是按整片墻肢的配置來抵抗水平地震作用產生的剪力的，用剪力墻邊緣構件中的箍筋來改善混凝土的受壓性能，約束混凝士，使剪力墻在地震作用下具有較好的耗能和延性能力?？梢詫⑺椒植冀钛由熘翂χ瞬?，并垂直彎折15d。

3、連梁的配筋。剪力墻的連梁是耗能構件，它的剪切破壞對抗震不利，會使結構的延性降低。設計時要注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的剪切破壞后于彎曲破壞。切忌人為加大連梁的縱筋，如此，可能無法滿足“強剪弱彎”的要求。不能認為加大箍筋就能保證“強剪弱彎”。當連梁不滿足截面控制條件時，如果盲目增加箍筋，會導致連梁發生剪切破壞先于箍筋充分發揮作用。連梁截面的抗剪計算，對于跨高比大于2.5的連梁，其剪力設計值應乘以增大系數ηvb：一級取1.3，二級取1.2，三級取1.1。剪力墻連梁的截面尚應滿足以下要求：

跨高比大于2.5時:v≤(0.2βcfcbbhbc)/rRE

跨高比不大于2.5時：v≤(0.15βcfcbbhbc)/rRE

式中：v為梁端截面組合的剪力設計值：βc一混凝士強度影響系數，《高規》(JGJ3—2010)第6.2.6條的規定采用。

4、結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調整原則。震害表明，平面不規則、質量與剛度偏心、抗扭剛度太弱的結構，在震中破壞嚴重。在設計時，要保證結構的抗扭剛度不能太弱：首先要限制結構平面的不規則性，避免產生較大的扭轉效應，扭轉效應的計算應考慮偶然偏心的影響；其次是限制結構的抗扭剛度不能太弱，具體表現在Tt /T1指標上。在實際工程設計中，應將結構豎向構件盡可能沿周邊布置，以提高結構的側向剛度和抗扭剛度。若在結構的形心附近加大豎向構件剛度，則只是對側向剛度的貢獻大，對抗扭剛度來說，貢獻甚微。

5、計算結果的分析、判斷

應采用至少兩個不同力學模型的結構分析軟件對不規則和復雜的建筑結構進行整體內力和位移分析，確定其可靠、合理之后，才可在工程設計中運用。分析時要注意以下幾點：非耦聯計算地震作用時，剪力墻結構自振周期一般在(0．04～O．08)n范圍內(其中n為結構計算總層數)；振型曲線光滑連續，零點位置符合一般規律；耦聯計算時，扭轉為主的周期應不大于平動為主的周期的0.9或0.85倍。結構布置較正常的剪力墻結構，底部總剪力值應大致在v0=aG的范圍內(其中a為合適范圍系數，G為結構總重)。對于8度設防抗震區的剪力墻結構，合適范圍系數一般為：Ⅱ類土a：(4～8)％；Ⅲ類土a=(6～9)％。對稱結構在對稱外力作用下，其對稱點的內力與位移也應是對稱的。豎向剛度、質量變化較均勻的結構，在較均勻外力作用下，其內力及位移等計算結果自上而下不應有大的突變。

四 結束語

我們在設計時，一定要采用合理科學的設計方法，還要考慮到多方面的因素，統一規劃協調，才能得到好的設計效果。對于建筑物中的關鍵部分一定要反復的審查，看其是否合理，只有將關鍵的構件建好，才會使建筑物在根本上具有很好的抗震能力。

參考文獻

[1]陳學欣.短肢剪力墻結構設計淺析[J].四川建材,2009(3)

[2]董海棉.高層建筑短肢剪力墻結構設計[J].甘肅科技,2009(10)

篇8

關鍵字：高層住宅；結構設計；技術性

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：

高層住宅的工程質量直接關系著人們的生命安全，而影響高層住宅工程質量的因素主要是設計質量及施工質量。其中高層住宅結構設計又直接的影響著建筑之后的安全性、舒適性、經濟性及合理性。如何設計出更安全更合理經濟的高層建筑備受關注。如今對高層建筑的設計主要是通過設計好的平面及豎直方向布置，設定出結構構件的規格然后通過電腦計算出最終結果。但如果在過程中標注存在不合理不完善的地方，將會對整體的高層住宅建筑埋下不安全的因素，造成大量資源浪費，甚至讓人身安全不能得到保障。分析高層住宅結構設計中的技術性問題，明白其原則及特點，才可以更好的為人民服務。

一、高層住宅結構設計的特點

（一）容積率高

高層住宅有著極高的容積率，可以緩解人口住宅壓力，相對單層或低層住房來言，高層住宅的容積率達到了單層或低層住宅容積率的幾十或百倍以上的容積率。

（二）節省性強

高層住宅結構設計，可以節省城市的土地使用面積，有助于城市景觀的改造，讓人們在更好的環境下生活。

（三）荷載量大

高層住宅因為層較多，其使用的鋼材也較多。因此高層住宅結構受到的自重或風力或地震等豎直和水平方向上的荷載量較大。加上其地基和基礎設計尤為復雜，基礎上的荷載也是很大。

二、高層住宅結構設計的原則

（一）安全性及耐久性原則

高層住宅結構設計必須遵行安全性原則，安全第一，高層住宅的安全與否關系著眾多人的生命問題，在高層住宅結構設計中，要將安全性原則放在首位。高層建筑的結構設計也要遵循耐久性的原則，在選擇結構體系及建筑材料的時候，要嚴格把關，保證建筑耐久性。

（二）舒適性原則

因為是住宅設計，所以要在結構設計的時候，充分的營造適宜居住的結構，要符合舒適性原則，滿足住戶的要求，如室內采光、溫度、隔音效果和戶型規模等問題。在結構設計的時候還要將居住者是否進行空間分割的問題考慮在內，在設計剪力墻的問題上，要盡可能的采用大開間進行布置。

（三）經濟性原則

在進行高層住宅設計之前，要充分的掌握施工地點的特性，在保證建筑安全性、耐久性和舒適性原則之后，要選擇最為合適的最為經濟的構造設計。因為設計方案所帶來的成本將會直接的影響到房屋的造價問題，所以要在設計高層住宅結構的時候，在保證質量的前提下，采用經濟型設計方案。

三、高層住宅結構設計的技術性分析

（一）在對于高層住宅建筑在結構經濟性、剛性、及整體穩定性和承受能力等問題上，有著一個宏觀的綜合限值。一般是在高層建筑結構的高寬比例中提出限值的大小。限值是可以突破的，在滿足了剛重比、剪重比和層間位移等要求之下，高寬的比例是可以突破限值的限定。但因為高寬比的增加，會造成建筑在結構層次水平方向中增加了諸如剪力墻等抗側力構件，這樣就會出現兩側構件上出現了不平衡的抗側力，從而增加了結構的造價，并對結構整體的性能、結構的基礎剛性要求變得更高。

（二）針對建筑平面采用呈線型的結構的高層住宅，因為長度增大，將會造成兩端主軸方向側向剛度出現不同，甚至會有較大的差異。當建筑位置位于風力較大的地點，建筑受到的風力荷載加大，為了滿足位移的要求就需要在橫向上增加剪力墻，增加剪力墻也使得主軸方向的剛度差異擴大。為了解決這種問題，要在進行設計的時候，就要控制好兩個主軸方向在振動周期比上小于0.8.

（三）如今出現了很多的高層住宅建筑可以進行商住兩用，在設計此類建筑結構的時候，底層的層高會比較高，而在二樓及其以上層則會比較低，這樣的設計結構，很容易導致在建筑底層出現軟弱層。存在軟弱層的建筑抗震性能十分的差。面對這種問題，在結構設計的技術上，就要采用好措施，大幅度的增加底層結構的剛度，并保證底層的剛度大于上一層剛度的百分之七十。如果底層剛度大于上層剛度的兩倍或超過兩倍時，再采取抗力構件增加的方式來增加底層的剛度是十分困難的，這時候則需要加大底層抗側力構建的厚度或寬度，或增加二層樓板的剛度來避免出現軟弱層的現象。

（四）在高層住宅設計技術中，要防止產生拉托效應。一般來說，在梁和剪力墻屬于垂直配置的情況下，梁的端部是可以進行鉸接的方式進行處理，而支座處鋼筋則需要按照構造的要求進行合理配置。當頂部鋼筋水平端長度不滿足設計時，可以在支座的剪力墻中設置小角鋼或焊短鋼筋等方式，以機械操作方式來增加連接的強度，避免拉托效應的存在。

（五）躍層住宅的結構設計在技術問題上要注意建筑整體的穩定性，因為一般的躍層住宅建筑在設計中沒有樓板，采用挑空樓層的方式。沒有樓板的存在就將對整體的結構穩定性造成了一定的影響。所以要在結構設計的技術中注意按照構造的特點，增加剪力墻厚度以達到穩定整體的作用。

（六）在一些高層住宅設計結構中技術上采用的是全部剪力墻的方式，相對的就加大了柱子的荷載量。因為純剪力墻結構隔層才存在樓板，加上陽臺等其他自重都會增加柱子的承載力，所以要在結構設計技術時要注意加強柱子的延性，提高柱子本身在水平方向上的抗剪能力，也可以在柱子之中設置芯柱或型鋼，或提高縱向鋼筋配筋率也可以提高柱子延性。

（七）在進行復式高層住宅設計時，要注意加大樓板的厚度并加大樓板的配筋率，因為復式住宅中，很多客廳頂部經常會出現開洞的現象，加上樓梯或其他的開洞面積，會讓整個樓板的開洞面積很大，增加樓板厚度或配筋率有利于維護整體建筑的穩定。

四、高層住宅結構設計技術性優化

（一）剪力墻的技術優化

設計剪力墻的關鍵在于連接設計，對剪力墻的技術優化，可以提高建筑的抗震作用，保證建筑安全。在滿足結構的剛度后，要從經濟和抗力等因素全面綜合的考慮，然后進行對抗側力的布置，對抗側力的布置不能純碎的增加剪力墻的數量。剪力墻配置要遵循著均勻的原則，分布在周邊，并根據水平位移的限值，盡量的保證最低量的剪力墻。

（二）結構耐久性技術優化

高層建筑的設計應該能在使用的期限內滿足居住用戶的要求，如果實際建筑沒有達到設計壽命，則主要因素為設計結構中建筑結構問題，建筑結構的不合理會降低房屋的可靠性和使用壽命，所以在高層住宅建筑結構設計時，要充分的優化設計，讓整體建筑結構符合要求，達到設計效果。

（三）結構設計中抗震性能的技術優化

在進行圖紙設計的時候，要根據抗震標準進行設計，高層住宅的振型數不可低于8，尤其是建筑的結構層數越多，就需要增加其建筑剛度，就需要更高標準的振型數，讓建筑擁有更好的抗震性能。

五、結語

根據我國的基本國情，高層住宅已經成為了一種發展趨勢，在進行高層住宅結構設計時，需要遵循其設計的原則，分析結構設計中出現的技術性問題，并對技術進行優化，最終打造出高質量、低成本、舒適型的宜居高層住宅區，滿足人們的需要，造福于人民。

參考文獻：

[1] 徐良賢,田力.高層住宅結構設計的技術性探討[J].中華民居,2011,(10):180-181.

[2] 唐瑛,曾揚.高層住宅結構設計的技術性探討[J].城市建設理論研究（電子版）,2012,(11).

[3] 王紅玉,方曉標.高層住宅結構設計中的問題與對策[J].城市建設理論研究（電子版）,2012,(11).

篇9

關鍵詞:住宅建筑；結構設計；SATWE軟件；抗震性能

中圖分類號： TU2 文獻標識碼： A 文章編號：

隨著我國社會經濟建設的快速發展，城市化進程不斷加快，城鎮人口日益增加，致使城市住房建設用地較為緊張，超高層住宅建筑的建設也日益增加。目前，超高層住宅建筑內部結構設計方面的變化愈加明顯，許多新興的結構設計方案逐漸被超高層住宅建筑工程所采用。同時住宅建筑結構類型與使用功能越來越復雜，結構體系日趨多樣化，對住宅建筑結構設計工作的要求也不斷提高。在超高層建筑建設過程中，部分建筑的結構設計環節并不是十分合理，加上工程設計人員容易出現一些概念性的錯誤，給建筑的質量安全和使用帶來了一定的安全隱患。因此，如何提高超高層住宅建筑結構設計水平，就成為了工程設計人員面臨的一項難題。

1 工程概況

某高層住宅建筑面積為29000.4m2，地下1層，地上43層，大屋面高度138.02m。本工程結構體系采用現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，120m＜高度＜150m，屬于B級高度建筑，樓蓋為現澆鋼筋砼梁板體系。

建筑抗震設防類別為標準設防類(丙類)，結構安全等級為二級，設計使用年限為50年。所在地區的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.55s，地震影響系數最大值采用0.08，上部結構阻尼比0.05。建筑類別調整后用于抗震驗算的烈度為7度，用于確定抗震等級的烈度為7度，剪力墻抗震等級為一級。

2 基礎設計

本工程的基礎設計等級為甲級，主樓基礎采用沖鉆孔灌注樁，樁身混凝土強度等級為C35，樁直徑為1100mm，單樁豎向承載力特征值為8000kN；樁端持力層中風化凝灰巖(11)層，樁身全斷面進入持力層≥1100mm，樁長約50m。樁基全面施工前應進行試打樁及靜載試驗工作，以確定樁基施工的控制條件和樁豎向抗壓承載力特征值。

承臺按抗沖切、剪切計算厚度為2700mm，承臺面標高為－5.200，基礎埋置深度為7.7m(從室外地面起算)。

3 上部結構設計

3.1 超限情況的認定

參照建設部建質［2006］220號《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》附錄一“超限高層建筑工程主要范圍的參照簡表”，結合本工程實際逐條判別，將存在超限的情況匯總如下。

(1)附表一，房屋高度方面

設防烈度為7度，剪力墻結構，總高度138.05m＞［120m］，超限。

(2)同時具有附表二所列三項及三項以上不規則的高層建筑(因篇幅所限，本文不再詳細列出)。

第一項．扭轉不規則:考慮偶然偏心的扭轉位移比＞1.2但＜1.3，雖然本條超限，但僅此一項。所以本工程不屬于附表二所列的超限高層。

(3)具有附表三某一項不規則的高層建筑工程。根據SATWE計算結果分析、判別，本工程亦不屬于表三所列的超限高層。

綜上所述，本工程只屬于高度超限的超高層建筑。

3.2 上部結構計算分析及結構設計

本工程為剪力墻結構，120m＜高度＜150m，屬于B級高度建筑，按《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3－2002)(以下簡稱高規)5.1.13條規定:

(1)應采用至少兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力位移計算。

(2)應采用彈性時程分析法進行整體補充計算。

根據《高規》要求，本工程采用的時程分析計算程序為PKPM系列的SATWE軟件，并采用PMSAP軟件進行對比分析。

本工程屬于純剪結構，作為抗側力構件的剪力墻，選用正確的結構分析程序尤為重要。SATWE對剪力墻采用墻元模型來分析其受力狀態，這種模型的計算精度比薄壁柱單元高，所以我省大多數工程的結構計算都選用SATWE程序。實際上就有限元理論目前的發展水平來看，用殼元來模擬剪力墻的受力狀態是比較切合實際的，因為殼元和剪力墻一樣，既有平面內剛度，又有平面外剛度。實際工程中的剪力墻幾何尺寸、洞口大小及其空間位置等都有較大的隨意性。為了降低剪力墻的幾何描述和殼元單元劃分的難度，SATWE借鑒了SAP84的墻元概念，在四節點等參平面殼元的基礎上，采用靜力凝聚原理構造了一種通用墻元，減少了部分剪力墻因墻元細分而增加的內部自由度和數據處理量，雖然提高了分析效率，卻影響了剪力墻的分析精度。此外，從理論上講，如果對樓板采用平面板元或殼元來模擬其真實的受力狀態和剛度，對結構整體計算分析比較精確，但是這樣處理會增加許多計算工作。在實際工程結構分析中，多采用“樓板平面內無限剛”假定，以達到減少自由度，簡化結構分析的目的，這對于某些工程可能導致較大的計算誤差。SATWE對于樓板采用了以下幾種假定:(1)樓板平面內無限剛；(2)樓板分塊平面內無限剛；(3)樓板分塊平面內無限剛，并帶有彈性連接板；(4)樓板為彈性連接板。對彈性樓板實際上是以PMCAD前處理數據中的一個房間的樓板作為一個超單元，內部自由度被凝聚了，計算結果具有一定的近似性，某種程度上影響了分析精度。根據高規要求，本工程應采用兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力位移計算，由于PMSAP對剪力墻和樓板都采用了比較精確的有限元分析，單元模型更接近結構的真實受力狀態，雖然數據處理量大大增加，但其分析精度卻比SATWE高。用PMSAP軟件對SATWE程序的計算結果進行分析、校核，是比較可信的。

SATWE和PMSAP兩個程序均采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算，彈性時程分析法計算結果作為振型分解反應譜法的補充。

程分析主要結果匯總如下:

表1 結構模態信息

表2 地震荷載(反應譜法)和風荷載下計算得到的結構最大響應

多遇地震時彈性時程分析所取的地面運動加速度時程的最大值為35cm/s2。針對報告中提供的實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線，根據08版抗震規范要求，本工程選擇了兩條天然波和一條人工波。這三條波的時程曲線計算所得結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的65%，且三條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值亦大于振型分解反應譜法(以下簡稱CQC)計算結果的80%。由此可見本工程選擇的地震波是滿足規范及設計要求的。

SATWE和PMSAP時程分析的樓層剪力曲線如(圖1、圖2)所示。

圖1 SATWE時程分析樓層剪力圖

圖2 PMSAP時程分析樓層剪力圖

比較上圖振型分解反應譜法(CQC)計算的樓層剪力曲線圖，在大部分樓層基本能包絡時程分析曲線，僅電算34層以上CQC法計算樓層剪力略小于時程分析的結果。由此可見振型分解反應譜法用于本工程的抗震分析是安全可靠的。設計中仍以振型分解反應譜法計算結果為主，并將34層以上部分指定為薄弱層，該部分樓層地震剪力予以放大。這一方案也得到了本工程超限高層審查與會專家的認可。

比較PMSAP和SATWE計算出的基底剪力非常接近，其余參數如周期、結構的總質量、地震荷載和風荷載下計算得到的結構最大響應位移、地震下的剪重比等都比較接近，說明用這兩個程序做計算分析是可以互相校核的。

3 抗震性能設計

本工程綜合考慮設防烈度，場地條件，房屋高度，不規則的部位和程度等因素，本工程只屬于高度超限的超高層建筑，且高度只超過A級而未超過B級，故將本工程預期抗震性能目標定位在“D”級，即為小震下滿足性能水準1的要求，中震滿足性能水準4的要求，大震下滿足性能水準5的要求。

普通的高層結構抗震設計基于小振彈性設計，對于本超高層結構作為主要承重構件的剪力墻，尤其是底部加強區需要提高其抗震承載能力。根據抗震概念設計“強柱弱梁、強剪弱彎”的要求，剪力墻也需要有更高的抗震安全儲備，所以本工程剪力墻底部加強區采用中震設計。具體措施如下:

(1)根據安評報告中震設計的地震影響系數最大值采用0.23，不考慮與抗震等級有關的內力增大系數(即剪力墻抗震等級定為四級)，不計入風荷載的組合效應。

(2)抗剪驗算按中震彈性設計，考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數，材料強度取設計值，考慮抗震承載力調整系數。計算結果作為剪力墻底部加強區水平筋的配筋依據。

(3)抗彎驗算按中震不屈服設計，不考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數，材料強度取標準值，不考慮抗震承載力調整系數。計算結果作為剪力墻底部加強區約束邊緣構件豎向鋼筋的配筋依據。

本工程通過對關鍵構件剪力墻底部加強區進行中震設計，即抗彎承載力按中震不屈服復核，抗剪承載力按中震彈性復核，結構能滿足性能水準1、4的要求，預估結構在大震作用下能滿足性能水準5的要求。各性能水準目標具體描述如下:

性能水準1:結構在遭受多遇地震后完好，無損傷，一般不需修理即可繼續使用，人們不會因結構損傷造成傷害，可安全出入和使用。

性能水準4:遭受設防烈度地震后結構的重要部位構件輕微損壞，出現輕微裂縫，其他部位普通構件及耗能構件發生中等損害。

性能水準5:結構在預估的罕遇地震下發生比較嚴重的損壞，耗能構件及部分普通構件損壞比較嚴重，關鍵構件中等損壞，有明顯裂縫，結構需要排險大修。

4 結論

通過工程實例分析超高層住宅建筑結構設計工作，可以得出以下幾點結論：①PMSAP和SATWE計算結果的比較表明了SATWE計算結果進行結構設計是基本可靠的；②采用合理的方法對部分樓層剪力進行了調整，能夠有效確保工程抗震分析安全、可靠；③對剪力墻底部加強區采用中震設計，能夠滿足住宅建筑的抗震需要。

參考文獻

篇10

關鍵詞：高層建筑；轉換層；上部結構；框支柱設計

1 項目概述

某高層商業住宅樓，采用框支剪力墻結構，地下1層，地上33層，建筑高度為99.70m。地下室作為停車庫，1～3層為商場；第4層為設備轉換層；5層及以上為住宅樓。當地抗震設防烈度為7度，場地土為類Ⅱ；按100年重現期計算的基本風壓值0.35kN/，地面粗糙度C類。

2 上部結構設計

2.1抗震等級的確定

根據建筑平面使用功能要求，采用框支剪力墻結構形式。轉換形式為梁式轉換，轉換梁板位于4層頂，為高位轉換層建筑?？拐鸬燃墳榭蛑Э蚣芤患?，剪力墻底部加強部位一級，剪力墻非底部加強部位三級。建筑結構安全等級二級； 設計基準期50年；結構設計使用年限50年。框支柱和剪力墻混凝土強度等級為：地下2層～8層C55，8層～34層由C50遞減至C30。

2.2 上部與下部結構的調整

本工程的結構設計特點在于根據建筑功能要求設置的設備層層高僅為3m，使得轉換層的側向剛度均較大于相鄰以下三層和相鄰上層的側向剛度，從而在結構計算分析中需解決以下問題：

（1）如何使高位轉換時轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比滿足《高規》附錄E的要求；

（2）一層～三層的各層側剛度比（本層側移剛度與上一層相應塔側移剛度70%的比值或上三層平均側移剛度80%的比值）需滿足《高規》第5.1.14條規定；

（3）經計算分析，最大轉換梁截面為1300x2500， 最小為1000x2000，形成框支柱的剪跨比小于1.5。根據《高規》第6.4.2條注3，剪跨比小于1.5的柱，其軸壓比限值應專門研究并采取特殊構造措施。

由于本工程的一層～三層作為商場，業主要求盡可能的減少上部住宅的落地剪力墻數量，以保證使用空間，給結構設計增大難度。為保證主體結構豎向剛度均勻，使轉換層上下剛度接近，避免剛度突變形成薄弱層并且滿足《高規》附錄E第E.0.2條和公式規定，抗震設計時等效側向剛度比宜接近1.0且≤1.3。因此采取以下措施解決上述的問題，具體措施包括以下幾個方面：

（1）轉換層上部在剪力墻滿足《高規》規定的各項控制參數前提下，盡量減少數量，增大結構洞口，降低連梁高度，以減少上部樓層的側向剛度。

（2）與業主和建筑專業協商降低一～三層的層高，由原層高5.1m，4.2m，4.2m改為4.8m，3.9m，3.9m；以增大轉換層下部各層的側向剛度。

（3）增大轉換層以下各層墻體厚度。轉換層以下各層均按一層厚度取值為350～450mm厚，轉換層減小為30mm厚，上部為200～250mm厚，避免剛度突變；在一～三層周邊將部分磚墻改為剪力墻（新增，與上部剪力墻不對應）以提高剪力墻的數量并增大側向剛度。

經調整后，轉換層上、下剛度比均滿足《高規》附錄E的要求；一～三層的各層側剛度比亦滿足《高規》第5.1.14條規定。

2.3設備轉換層的設置

為避免出現剪跨比小于1.5的框支柱，對設備轉換層的設置提出多個結構方案進行比較：

設備轉換層采用輕鋼結構體系，在主體結構完成后再施工；不考慮該層參與主樓的整體計算分析。 則轉換層的實際層高為6.9m。經計算分析，轉換層的側向高度在保證建筑功能要求的前提下無法滿足 《高規》附錄E第E.0.2條中 “當轉換層設置在3層及3層以上時，其樓層抗側剛度尚不應小于相鄰上部樓層側向剛度的60%”。

直接加高設備層層高為4.6m以滿足框支柱剪跨比大于等于1.5。這樣，建筑總高度大于100m，無法實現。

確定設備轉換層層高為3m。對剪跨比小于1.5的框支柱采取特殊構造措施。這樣，最終采用方案。

由于目前國內并沒有對剪跨比小于1.5的框支柱進行專門研究的規范和資料，因此結構設計時采用幾點措施來提高框支柱的抗震性能和延性：（1）軸壓比限值降0.1， 對于一級抗震的框支柱取0.5；（2）框支柱截面中部設置芯柱；（3）在框支柱內增設交叉斜筋；（4）增大框支柱的配筋率和配箍率。

3 結構計算分析

通過采用SATWE和PMSAP兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體內力位移計算分析，計算時按結構不規則且同時考慮雙向地震作用和平扭藕連計算結構的扭轉效應。采用彈性時程分析法進行補充計算――根據建筑場地類別和設計地震分組選用了兩組記錄地震波和一組人工模擬地震波進行計算對比。

各項計算參數結果如下表所示：

（1）周期

則Tt/Tl=2.763/3.332=0.83

T1（第一平動） T2 T3（第一扭動） T4 T5

3.332 2.985 2.763 0.967 0.780

（2）位移

最大層間位移角均小于1.4。見表2

荷載工況 頂點位移（mm） 最大層間位移角

X向風荷載 18.3 1.10

Y向風荷載 29 1.06

X向地震 37.5 1.36

Y向地震 32.3 1.36

（3）轉換層上下等效側向剛度比γe：X向γe=0.42，Y向γe=0.40。

（4）X向剛重比EJd/GH2=3.25；Y向剛重比EJd/GH2=4.04

剛重大于1.4，能夠通過《高規》第5.4.4條的整體穩定驗算；

剛重比大于2.7，可以不考慮重力二階效應。

通過以上數據顯示，計算結果正常，各項參數均滿足《高規》條文要求，結構設計能達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防目標。

4 框支柱設計

框支柱截面尺寸主要由軸壓比控制并滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性，對其軸壓比應嚴格控制。

（1）該工程框支柱抗震等級為一級，軸壓比不得大于0.6，對于部分因截面尺寸較大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性還與配箍率有密切關系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全長加密，且配箍率不得小于1.5%。

（2）在工程中，個別框支柱還兼作剪力墻端柱，所以還應滿足約束邊緣構件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率（C55混凝土）即為1.82%?？蛑е鶠榉浅Ｖ匾臉嫾?，為增大安全性，對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應的增大系數，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%。因為程序計算時，一般假定樓板剛度無限大，水平剪力按豎向構件的剛度分配，底部剪力墻剛度遠大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考慮到實際工程中樓板的變形以及剪力墻出現裂縫后剛度的下降，框支柱剪力會增加，因而對框支柱的剪力增大作了單獨規定。

5 結束語

綜上所述，帶轉換層高層建筑結構設計不僅要盡可能地滿足建筑的使用功能的要求，而且要使結構體系更加合理化，應從建筑功能、結構受力、設備使用、經濟合理等多方面入手進行結構的選型和柱網布置，不斷地提升住宅建筑結構的設計水平，從而滿足建筑結構合理的使用要求。

參考文獻