高层钢筋混凝土结构设计范文

导语：如何才能写好一篇高层钢筋混凝土结构设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：高层建筑；钢筋混凝土结构；设计

中图分类号：TU97文献标识码： A

随着城市化建设进程的不断加快，高层建筑如雨后春笋般大量出现，足以见得其发展空间广阔，其中钢筋混凝土结构以其位移小、刚度大、整体性好等优越性逐渐成为其主要的结构形式，但在具体实践中却面临着设计难题，毕竟高层建筑对刚度、强度和稳定性有着极高的要求。可见探讨高层建筑钢筋混凝土结构设计意义重大。

一、高层建筑钢筋混凝土结构设计要点

对于高层建筑混凝土结构而言，安全性、适用性和耐久性是其设计原则，而设计要点则主要涉及下述几点：结构选型要合理，如尽量在设计中减少短肢剪力墙结构的应用；若地基稳固，且上部结构与变形限值相吻合，可尽量降低结构刚度；建筑高度设计必须在与之对应的规定范围内，以减少不必要的麻烦和损失；同时注意从抗震等级、平面布置、楼盖结构、竖向布置等多方面、多角度加以分析和设计，如综合考虑房屋类型、结构、高度、烈度等因素优化抗震设计[1]；尽量选用风力效应小、规则简单、受力分布均匀的平面形状；优先考虑现浇楼盖结构，以提高高层建筑的舒适性和坚固性等。

二、高层建筑钢筋混凝土结构设计优化

1.重点优化竖向结构设计

高层建筑钢筋混凝土结构的竖向设计质量对整个建筑来说尤为关键，故为防止出现较大的内收和外挑，建议尽量使其保持均匀和规则，就是从稳定和重心角度出发，将其设计为侧向变化均匀且上小下大的结构形式。但若高层建筑竖向结构既不垂直，也非正常的上小下大型，则要采取针对性设计措施以平衡、稳定整体。如针对内收竖向结构的高层建筑，其楼层的侧向刚度既要大于上一楼层刚度的70%，也要大于上三个相邻楼层平均刚度的80%；若楼层质量是随着高度变化而均匀分布的，则楼层质量应小于下方相邻楼层质量的1.5倍等。此外楼层间的受剪承载力应根据高层建筑级别加以合理设计。

2.合理设计建筑结构平面

若对高层建筑钢筋混凝土结构设计无特殊要求，则要尽量选用形状规则而简单的平面布置结构，以此合理分布承载力和刚度，并弱化风力影响。如对于A级高层建筑而言，不适宜将其设计为细腰形或角部重叠式的平面图形，而且出于对扭转的考虑，必须将竖向构件水平和层间最大位移控制在该楼层平均位移值的1.2倍和1.5倍之内[2]；对于必须设计的框架结构防震缝，其缝宽、高度通常分别大于100mm和小于15m；若防震缝两侧具有不同的房屋高度，则要根据低高度房屋确定缝宽；虽然不提倡采用短肢剪力墙，但若不得不采用，则必须使其截面厚度低于30cm，且每个肢截面的高厚最大比值必须处于4-8之间。

3.规范建筑抗震性能设计

抗震设计是高层建筑钢筋混凝土结构的关键环节之一，为切实提高建筑结构的稳定性和抗震能力，就必须对房屋结构、高度、烈度等要素加以认真分析，并结合建筑抗震规范要求设计抗震功能。一般情况下，若建筑结构具有较大的刚度突变系数或层数较多，应尽量多取振型数，如针对含有转换层、小塔楼、多塔结构的高层建筑，其振型数一般要大于12，小于建筑层数总数的3倍，而且只有在分析总刚性时方可取值更大；同时为提高建筑抗震能力，要求在石灰和水泥中添加合适的添加剂，结合湿度养护，以增强混凝土的实际配筋率，并减少部件变形；如果要求高层建筑抗震水平为特一级，则宜采用钢管或型钢类混凝土柱，并将其上层弯矩和底部强化位置的设计值设计为墙底截面弯矩值的1.1倍。

4.科学选择建筑楼盖结构

楼盖结构是否合理与高层建筑质量也有很大关系。通常当建筑高度大于50m时，适宜在框架或剪力墙结构中设计现浇楼盖结构，但必须使其混凝土强度处于C20-C40之间，厚度在50mm以上，并在内部纵横方向分别设计间距为15-20cm、直径为6-8mm的钢筋网，若此时预制板缝超过40mm.，则必须设计长度可贯穿结构单元的钢筋[3]；若建筑高度低于50m，可将楼盖结构设计为装配式，但顶层、开阔楼层、转换层、地下室楼层等重要楼层，必须仍然采用现浇楼盖，且一般板厚大于80mm，其中转换层和最高顶层的板厚应分别在180mm和120mm以上，以此进一步提高建筑结构的稳定性。

此外，还应根据实际情况对纵筋间距、配筋节点、柱子轴压、钢筋等级等细节加以科学设计，并注意合理计算框架结构的周期性折减系数，以及设计的经济性和技术的可行性，以此实现高层建筑混凝土结构设计的整体优化，进而为提高建筑使用效益奠定有力基础。

结束语：

总之，钢筋混凝土结构既是高层建筑设计工作的重点，也是难点，一旦某个环节有误，都可能对整个高层建筑功能性能埋下隐患，这就要求我们认真遵循设计原则和规范，加强对以往设计不足和缺陷的分析，并予以有效克服和避免，以此提高高层建筑钢筋混凝土结构设计质量和水平，使其更安全、更适用、更耐用。

参考文献：

[1] 张岚.对高层建筑钢筋混凝土结构设计实践的分析[J].广东科技, 2012(22).

[2] 王小平.钢筋混凝土高层结构设计常见问题浅析[J].中国高新技术企业, 2010(13).

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关键词：高层住宅；钢筋混凝土；结构设计

1高层钢筋混凝土结构的住宅基本结构形式

1.1框架结构

框架结构的优点主要有空间比较大、灵活性强、具有抗震能力、工程造价低，但是，如果柱截面的厚度大于墙厚就会造成墙柱脚向外凸出，这样不仅影响购房者家具布置还影响室内美观，有时，住宅中间的房间分隔处呈现不规则现象，使住宅难以进行布置。

1.2框架整体结构中的剪力墙

框架整体结构中的剪力墙是在整体框架结构中布置一定数量的剪力墙目前为止，它是我国在高层住宅中应用最为广泛的一种主要结构形式。剪力墙主要特点是平面中灵活性较强，实用性、合理的结构，这样能有效地将框架、剪力墙的不同性能中抗侧力很好的展示出来，使它们发挥不同的作用。

1.3大开间剪力墙结构

随着我国经济的发展，人们日益增长的物质水平不断提高，最先建造的小开间剪力墙体系住宅在整体建筑中的功能性和局限性变得越来越突出。从建筑强度方面来讲，小开间结构中墙体的应有作用不能得到更好的发挥，如果添加较多的剪力墙还会增加更大的地震力，而且工程费用也会随之增加，另外，小开间剪力墙的结构自我承重能力较大，相对应也增加了基础资金，所以，就诞生了大开间剪力墙结构，剪力墙的间距应该在大于4.5m且小于7.5m，进深在大于7.5m且小于11m，室内一般不会布置纵横的剪力墙，根据具体情况可按照住户的需求进行灵活分隔，如需室内有新变化还可以进行重新布置。

1.4短肢剪力墙结构

墙肢截面的高度与厚度比在5至8的剪力墙就称之为短肢剪力墙，它是介于异性框架柱与普通剪力墙之间的一种剪力墙，这种剪力墙结构体系无论是在建筑功能与结构形式上还是在投资效益与节能指标都具有着良好的效果，目前，这已经成为高层住宅的主要剪力墙结构形式。

2高层住宅钢筋混凝土结构设计的主要特点

现在以高层住宅为例分析钢筋混凝土结构设计主要特点。某住宅结构甲共18层,总建筑面积约为6500m2。抗震设防烈度7度,设计基本地震加速度值0.10g,设计地震分组为第一组,基本风压0.35kN/m2,基本雪压0.60kN/m2,场地类别一类,抗震等级:一般剪力墙三级;短肢剪力墙二级,混凝土强度等级为C30和C25,钢筋强度等级:梁采用HRB335;板采用HPB235,直径大于12为HRB335; 墙采用HRB335。通过分析发现该结构设计剪力墙利用率较低, 底层墙肢轴压比在0. 35~ 0. 40之间, 结构位移比较好, 控制在1. 2以内, 且结构周期、位移角较小, 整体偏刚。

2.1钢筋混凝土结构设计的控制因素

在低层的住宅中，一般都是以重力为依据进行竖向的荷载，利用它来对钢筋混凝土结构设计进行控制。在高层住宅中，虽然竖向荷载能对钢筋混凝土结构设计产生较大影响，但水平荷载逐渐成为其主要控制因素。对于某项特定的建筑来说，竖向荷载大体上是定值，水平荷载中的风荷载与抗震作用中的数值都是伴随着不同的动力特性而产生较大幅度变化。

2.2轴向变形

对于采用框架体系的高层住宅或者是采用剪刀墙体系的高层住宅，框架中柱的轴距与压力基本上都是大于边柱的轴距与压力，这样就会使中柱的轴向因为压缩导致变形大于边柱的轴向压缩导致的变形。屋内举架较高时，因为差异轴向的变形能达到较大的数值，产生的后果不亚于连续梁中间的支座发生沉陷。

2.3侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标

高层与多层住宅不同，高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素逐渐变成结构侧移，多层住宅已经不能满足人民日益增长的需要，房屋建筑的高度正在逐渐增加，水平荷载的结构体系因为侧移发生的变形不断增大，结构的顶点侧移应与棚顶成正比。因此，在最初设计高层住宅时，对结构的强度要求很高，还要具备足够的抗侧移刚度，使水平荷载结构控制在标准范围内。其中有三方面的原因，包括：因为侧移会使居住者不舒服，从而影响正常的居住；因为侧移室内的隔墙、围护墙包括室内的材料都会出现裂痕或是不同程度的损坏，甚至电梯也有可能因此不能正常工作。

2.4结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标

相较于多层住宅，高层住宅的结构会更加“柔”，其抗震作用下的变形就会无形加大。为了使结构能具有较强的变形能力，避免建筑物坍塌，应对建筑构造方面采取更加恰当的相应措施，以确保结构延性。

3高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策略

3.1优化设计的方法

现阶段，设计分析软件在优化过程中并没有完全成熟，主要是对高层住宅结构的分析软件应用，利用人工分析进行调整，通过概念设计方法，针对不同的结构选型以及布置，对正在进行的方案不断的做比较分析，比较之后选择最为理想的结构方案，这是在结构设计中应用最为广泛同时也是最简单的优化方法。利用概念设计的方法选择的方案是为合理经济的，虽然耗费人力、物力、财力以及时间，但是对设计人员的素质要求就相对较高，利用设计人员的经验进行人工优化方法依旧是建筑单位所普遍采用的主要方法之一。即便是同一高层住宅的方案，所选择的结构也是不尽相同的，也可以有不同的布置方案，在确定高层住宅的结构布置时，同一种荷载情况也会有不同的分析方法，在整个分析的过程中设计参数、设计材料、荷载的取值范围也是多选择的，就连对高层住宅内的细微部分处理也是不同的，上述问题，即便是利用计算机技术也是无法全部解决的，这就需要设计人员通过自己的努力做出判断。然而判断的内容只能在结构设计中采用普遍的规律下进行指导，这是通过具体实践经验得出的结论。因此，概念设计是由设计人员通过诸多备选方案进行选择。

3.2性能分析

3.2.1抗震性能分析

对于整体结构来讲，足够的承载能力以及变形能力是能同时满足条件的两方面需求。结合概念设计的最新理念，分别对两种不同的结构体系进行细致的研究分析。在结构设计中，对于结构的要求必须具有一定的承载能力以及适当的刚度。高层的结构及其使用功能和安全性与侧移大小有着密切的关系，侧移过大会使隔墙和保护墙以及材料出现裂痕以及损害。其结构必须按照规定内的百分点对于不利情况计算出结构体系的层间位移角，框剪结构要大于剪力墙的结构，这两种解都要小于规范要求，且有较大的充裕量，这说明两种结构都要满足刚度的要求。只是针对使用性能来讲，剪力墙的墙体过多，结构自我承重力大，导致较大地震作用，混凝土和钢材的使用量也高，与此同时还增加了基础工程的投资建设，限制了建筑方面的灵活运用。因为框架结构能够形成自由且灵活性强的利用空间，更容易满足不同建筑的功能性，剪力墙具有比较大的抗侧移刚度，这样就会增加抗震力，从而减少了结构侧移。

总之，随着我国经济的飞速发展，建筑行业得到了飞速的发展，其中高层建筑深受群众的偏爱，高层的设计构思与建设也在不断发展，其结构呈多样性。在高层建筑过程中钢筋混凝土结构设计得到了建筑商的青睐，被越来越多的高层建筑商选用，所以钢筋混凝土结构设计在高层建筑中有很大的发展空间，目前，我国还未对其形成具体的规范要求，需要进行更加深入的调查研究工作。

结论

参考文献:

[1]张瑞红；高层框架结构设计中应注意的若干问题[J]；长沙铁道学院学报(社会科学版)；2010年01期

[2]蒋鲁蓉；钢筋混凝土框架结构设计有关问题的初步探讨[J]；山西建筑；2008年01期

[3]高新艳；杜秀丽；钢筋混凝土结构优化设计[J]；山西建筑；2007年08期

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【关键词】地震;灾害;结构设计

地震是人类在地震区建筑结构设防与不设防,震后结果大不一样。要使工程建设真正达到能够减轻以至避免地震灾害,把握好抗震设计关是减轻地震灾害的根本措施。 地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。据统计,历史上各种自然灾害曾毁灭了世界各地52个城市,其中因地震而毁灭的城市有27个。地震之外的其它各种灾害,如水灾、火灾、火山喷发、风灾、沙灾、旱灾等毁灭的城市为25座。因此,地震占灾害总数的52%。可见地震灾害确系“群害之首”。研究表明,在地震中造成人员伤亡和经济损失最主要的因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害(约占95%)。无数次的震害告诉我们,抗震设防是防御和减轻地震灾害最有效、最根本的措施。

另一方面,我国作为发展中国家,人口稠密,建筑物抗震能力低。因此,我国的地震灾害可谓全球之最。上个世纪,全球因地震而死亡的人数为110万人,其中我国就占55万人之多,为全球的一半。因此,粗略地说,我国的国土面积占全球的1/14,人口占1/4,地震占1/3,地震灾害占1/2。因此,建筑物的抗震设防问题是我国减轻自然灾害、保障国民经济建设和社会持续发展,特别是保障人民群众生命安全的一个重要问题。

1.震害多发点

地震作用具有较强的随机性和复杂性,要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态,不发生破坏是很不实际的;既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重,但不倒塌。因此,依靠弹塑性变形消耗地震的能量是抗震设计的特点,提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力,防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。

1.1结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层

钢筋混凝土框架结构在整体设计上存在较大的不均匀性,使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。在强烈地震作用下,结构的薄弱层率先屈服,弹塑性变形急剧发展,并形成弹塑性变形集中的现象。如1976年唐山大地震中,13层蒸吸塔框架,由于该结构楼层屈服强度分布不均匀,造成第6层和第11层的弹塑性变形集中,导致该结构6层以上全部倒塌。

1.2柱端与节点的破坏较为突出

框架结构的构件震害一般是梁轻柱重,柱顶重于柱底,尤其是角柱和边柱易发生破坏。除剪跨比小的短柱易发生柱中剪切破坏外,一般柱是柱端的弯曲破坏,轻者发生水平或斜向断裂;重者混凝土压酥,主筋外露、压屈和箍筋崩脱。当节点核芯区无箍筋约束时,节点与柱端破坏合并加重。当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时,柱顶剪切破坏严重,破坏部位还可能转移至窗洞上下处,甚至出现短柱的剪切破坏。

1.3砌体填充墙的破坏较为普遍

砌体填充墙刚度大而变形能力差,首先承受地震作用而遭受破坏,在8度和8度以上地震作用下,填充墙的裂缝明显加重,甚至部分倒塌,震害规律一般是上轻下重,空心砌体墙重于实心砌体墙,砌块墙重于砖墙。

2.抗震结构设计

较合理的框架地震破坏机制,应该是节点基本不破坏,梁比柱屈服可能早发生、多发生,同一层中各柱两端的屈服历程越长越好,底层柱底的塑性铰宜最晚形成。即:框架的抗震设计应使梁、柱端的塑性铰出现尽可能分散,充分发挥整个结构的抗震能力。

2.1抗震计算中的延性保证

从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出,在抗震设防的第二、三水准时,框架结构构件已进入弹塑性阶段,构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量,所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明,“强节点”、“强柱弱梁’、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,抗震性能较好。

综合大量实验研究成果,影响不同受力特征节点延性性质的主要综合因素有:相对作用剪力、相对配筋率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。

2.2构造措施上的延性保证

四川大地震实践证明,当建筑结构在大地震中要求保持足够的承载能力来吸收进入塑性阶段而产生的巨大能量,因为此时的结构在震中进入到一个塑性阶段,容易产生变形。所以,根据这种特点和抗震的要求,多发地震的国家钢筋混凝土结构抗震设计均要求按延性框架结构进行设计,所以建筑结构的设计必须保证结构局部薄弱区的承载力与刚度,保证了建筑构造的整体性,延性的增加也就提高了变形能力,这样可以减少地震的破坏性,提高了建筑的抗震能力。

在结构布置上,按扩大了的柱端抗弯承载力进行设计,理论上可将柱屈服的可能性减少,保证“强柱弱梁”的设计原则。但因各种原因,如梁的实际抗弯承载力可能增大,高振型使柱中反弯点的转移等综合因素影响,要使柱中完全避免塑性铰是困难的,同时为实现“强剪弱弯”的要求,保证塑性铰区域的局部延性,也必须通过一定的构造措施来保证结构的延性,具体做法如下:

（1）限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性,为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态,以提高塑性铰区域的转动能力,规范限制轴压比与纵筋最大配筋率,同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。

（2）限制约束配筋和配筋形式。加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点,为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性铰区域的局部延性,有必要加密塑性铰区内的箍筋间距,这不但可提高柱端抗剪能力,还可约束核心区内混凝土,对纵向钢筋提供侧向支承,防止大变形下纵筋压曲,从而改善塑性铰区域的局部延性。

（3）限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量,材料延性对确保构件(结构)延性极为重要。

3.结语

钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一,历年震害资料表明:钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重,其抗震设计中必须满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”、“强底层柱底”等延性设计原则和有关规定。在多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计的实践中,由于设计人员对规范的理解和掌握尺度上,以及因地因人在结构选型、布置以及计算方法上相互差异较多而对设计产生较多的争议,抗震设计方法值得深入研究。

【参考文献】

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关键词：小高层住宅 钢筋混凝土 框架结构

 

 

1 小高层钢筋混凝土结构的住宅的基本结构形式 

1.1 框架结构 框架结构的特点是开间大、灵活性好、抗震性能较好，造价较低，但由于柱截面大于隔墙厚度而造成柱角外凸，影响家具的布置和美观，有时由于住宅中房间分隔的不规则性又造成柱网的难以布置。 

1.2 框架一剪力墙结构 在框架结构中布置一定数量的剪力墙就组成了框架一剪力墙结构。它是小高层住宅中应用比较广泛的一种主体结构型式。其特点是平面灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。 

1.3 大开间剪力墙结构 随着时代的发展和人们生活水平的提高，原来建造的小开间剪力墙体系住宅在建筑功能上的局限性变得日益明显。从强度方面看，小开间结构中墙体的作用不能得到充分的发挥，并且过多的剪力墙布置还会导致较大的地震力，增加工程费用，另外，由于结构自重较大，也增加了基础的投资，因此，大开间剪力墙应运而生。承重墙的开间达到4.5m~7.5m，进深达到7.5m~1lm，室内一般无承重的横墙和纵墙，可以按照住户的不同要求灵活分隔，随着家庭的变化还可重新布置。 

1.4 短肢剪力墙结构 短肢剪力墙（墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙）介乎于异形框架柱和一般剪力墙之间，由于这种结构体系在建筑功能、结构形式、投资效益、节能指标等多方面效果良好，己成小高层住宅的主要结构形式。 

2 小高层住宅钢筋混凝土结构设计的要点 

2.1 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素 在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在小高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。 

2.2 轴向变形不容忽视 对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的小高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。 

2.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标 与低层住宅不同，结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计小高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为:①过大的侧移会使人不舒服，影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。③过大的侧移会因P一效应使结构产生附加内力，甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。 

2.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层住宅而言，小高层住宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。 

3 小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策略 

3.1 优化设计的方法 当前，在无成熟的优化设计分析软件的情况下，主要是应用小高层住宅结构分析软件，采用人工分析进行调整，运用概念设计的方法对不同的结构选型和布置不断的进行方案分析比较，以获得比较理想的结构方案，这是在结构设计中最常用的也是最简单的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得的方案是较合理、经济的，虽其费工费时、对设计人员的素质要求较高，但这种依靠设计人员经验进行人工优化的方法仍是当前所普遍采用的主要方法。对于同一小高层住宅方案，可以有许多不同的结构(包括基础)布置方案;确定了结构布置的小高层住宅物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法;分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是唯一的;小高层住宅物细部的处理更是不尽相同等等，这些问题目前计算机是无法完全解决的，都需要设计人员自己做出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。

3.2 性能分析 

3.2.1 抗震性能分析 对结构体系来说足够的承载能力和变形能力是两个同时需要满足的条件。结合概念设计的理念，对上述两种结构体系进行对比分析，电算程序可以采用中国建筑科学研究院编制的结构空间有限元分析软件SATWE。在结构设计中，不仅要求结构具有足够的承载能力，还要求其有适当的刚度。高层结构的使用功能和安全与其侧移的大小密切相关，过大的侧向变形会使隔墙、维护墙及其饰面材料出现裂缝或损坏。结构分别按考虑5%的偶然偏心和双向地震力作用的不利情况计算出各结构体系层间位移角，剪力墙结构小于框剪结构，但均小于规范要求，且富裕量较大，说明两种结构体系满足刚度要求。 

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关键词：钢筋混凝土； 高层结构设计；解决措施；

中图分类号： TU318 文献标识码： A

当前我国建筑行业得到飞速发展，高层结构的建筑群不断涌现，使得高层建筑的设计理念、施工技术以及建筑材料都发生了重大的变化。作为现代建筑普遍采用的结构形式，钢筋混凝土结构具有强度大、稳定性高、耐久性强以及抗震性能好等优点，使其在现代高层建筑结构中得到广泛应用。要满足高层建筑中钢筋混凝土结构的实际需求，其结构设计是至关重要的。因此，探讨钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题，了解设计过程中遇到的难点和重点，并采取科学合理的手段来完善和提高钢筋混凝土高层结构设计，以此提高钢筋混凝土高层结构设计质量。

一、 钢筋混凝土高层结构的发展

高层建筑的发展历程：高层建筑的发展历史悠久，最早出现应该是古埃及的金子塔和我国古代寺塔建筑等，至今已有几千年的历史。随着社会经济的不断发展，人们对于高层建筑的研究也越来越深入，高层建筑结构体系设计也越来越完善，真正意义上的高层建筑最早出现在19世纪末的美国芝加哥，采用框架式结构建造的11层保险商务大楼，被人们称作是高层建筑结构设计的重要转折点，从此拉开了现代高层建筑的序幕。

二、钢筋混凝土高层结构特点

钢筋混凝土高层结构的设计不同于一般的中层及以下建筑结构的设计，这两者有本质的区别，高层建筑结构自身水平的荷载因素在设计中占主导地位，因此，在对高层建筑的结构设计和施工中，注意的地方非常多，对技术水平要求也高，随着建筑高度的增加，水平作用力使得建筑结构的好坏和建筑材料的用量都存在很大的不同。

三、 结构概念设计

建筑结构设计在满足建筑工程实际效果和使用功能的同时，还需具备良好的质量保障，这也是建筑结构最重要的环节。在现代高层结构设计中，人们提出了“概念设计”的理论，其实建筑结构概念设计是提高结构抗震性能的一种设计方法。在设计过程中，选择优质的结构设计方案对建筑整体抗震非常有利。对结构设计的各个延性构件，要进行具体的分析。并采取相应的解决措施，避免一些薄弱层出现损坏的现象。在高层结构设计中，强调概念设计也说明其重要性。结构工程师在工程设计过程中必须按照规范和标准，并掌握结构概念设计的相关原则，从宏观上避免出现设计失误或者计算失误的情况，保证工程的本质安全。

四、 钢筋混凝土高层结构设计常见的问题分析

以下通过实例来分析和探讨钢筋混凝土结构设计中常见的问题。某市一大型超市位于该市东城黄河路南侧。该建筑地下一层，地上 17 层。建筑长度 102.4m，宽度为 53.6m，高度为 76.65m，1～3 层高度为 4.5 m，四层及四层以上层高 4.2 m，地下室层高 4.2m，房屋主楼最大跨度 14m，抗震缝以上裙房最大跨度为 20 m。该建筑工程主楼结构为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系，抗震裙房为框架结构。主楼采用桩筏基础，桩采用预应力混凝土管桩。抗震缝以上裙房采用柱下独立桩基承台基础，主楼上部结构的嵌固端为地下室底板顶部。针对该建筑工程实际情况，分析和研究其结构设计中存在的问题，进而提高和完善该建筑工程结构设计的要求。

4.1. 结构设计问题

确定剪力墙结构加强部位的墙体厚度。在进行高层结构抗震设计过程中，剪力墙的底部加强部位要确定其墙体厚度，采用约束边缘构件和构造边缘构件等措施来起到加强抗震的效果。这样能够避免薄弱处进行剪切时造成损坏，还能提高整体建筑抗震性能。针对这一问题，应严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》进行设计。墙体厚度要按照规范规定取值，同时要根据建筑工程实际情况和抗震等级来确定墙体厚度。确保剪力墙底部加强部位抗震时不屈服，保证其安全稳定。

4.2 地基设计问题

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础是整个工程造价的决定性因素。因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。

目前，广东应用预应力管桩作为钢筋混凝土高层建筑基础设计的楼层高度已达到 40 层。凡是采用预应力管桩作为高层建筑地基设计的地区，其地基出现质量问题及事故的发生率明显降低。采用预应力管桩进行地基基础设计能够提高桩基质量，其优点表现在这几个方面：第一，预应力管桩桩身混凝土强度高、设计选用范围广、成桩质量可靠，对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强、单桩承载力造价低；第二，管桩运输吊装方便，接桩便捷、成桩长度不受施工机械的限制，桩身耐击，穿透力强，是高层建筑工程中施工速度快、工效高、质量可靠、性价比高的桩型。地基设计要严格按照相关规范和标准进行，重视细节部分的规范设计。同时应根据地质情况具体问题具体分析，所有桩基均应进行承载力和桩身强度计算。桩基应选用中、低压缩性土层作桩端持力层。桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。因此，在地基设计过程中，不仅要参考国家设立的地基设计规范章程，也要按照岩土工程勘察报告所提的地质条件，选择合理的桩型。

五、 结构计算与分析问题

5.1高层结构设计要进行结构计算，针对案例中采用的结构体系，可以采用楼板整体平面内无限刚假定模型进行计算。在计算过程中要根据建筑工程实际情况灵活应用，主体结构及基础计算采用中国建筑科学研究院 CAD 工程部 PKPM(多层及高层建筑结构空间有效元分析与设计软件 SATWE)。其中整体分析采用 STAWE 高层版,JCCAD 计算软件，主楼整体分析计算为多余地震下的弹性计算。

5.2采用振型分解反应谱法，高层建筑整体计算的嵌固部位为地下室顶板。抗震设计是高层结构设计的重点，结合工程实际情况，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》来确定该工程项目的抗震等级。然后根据建筑结构要求，对相应的抗震等级进行评估和计算，确定抗震效果满足高层建筑结构设计的质量标准。

5.3非结构构件的计算与设计。在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照规范中的非结构构件的计算处理措施进行设计。

六、结语

钢筋混凝土高层结构设计作为现代建筑行业的主要结构形式，其优势推动了建筑行业的发展，提高了建筑行业的整体质量。在进行钢筋混凝土高层结构设计时，不仅要保证高层建筑的使用功能和外观效果，还应充分考虑设计安全质量的问题，这也是高层结构设计的重中之重。通过本文了解到了钢筋混凝土高层结构设计过程中常见的问题，并对其问题进行讨论和分析，从中分析出高层结构设计需要注重选型设计、地基设计以及结构计算三个方面的内容。因此，在以后的钢筋混凝土高层结构设计中，应充分考虑这三个方面的制约因素，并在实际工程中将各项工作落实到位，从而进一步提高高层建筑结构设计质量和水平。

参考文献

篇6

【关键词】高层建筑；钢筋混凝土；抗震；概念设计

引言：高层建筑多为钢筋混凝土结构，而且建筑结构较为复杂，这就需要在设计时做好抗震设计，使其具有较强的抗震性能，降低由于地震而导致建筑破损而带来的人员伤亡事故。高层建筑混凝土结构抗震设计要合理对梁和柱、墙进行布置，降低剪力所带来的破坏影响，加强抗震结构的设计，改善具体的抗震构造。

一、高层建筑混凝土结构抗震设计的要求

首先，需要对建筑现场的地质、建筑和材料性能等各个方面进行深入的了解，经过精密的计算和分析，从而确定出科学合理的结构体系和布置，同时还要考虑到建筑方案的经济性和合理性，最终确定出最为适宜的结构方案，所确定的结构方案其抗震性能的良好性是其必要的一个条件。其次，高层建筑混凝土结构具有复杂性，在抗震设计时，需要对重要构件及连接部位的受力情况进行重要分析，并采取切实有效的方法来对其进行调节，确保在地震发生时，有效的降低地震作用对结构整体所带来的破坏性影响。

二、地震的震害分析

（1）地震的类型：按形成的原因可分为四类：①构造地震；②火山地震；③诱发地震；

④冲击地震。按震级大小，我国把地震分为 6 个级别：小地震（震级 M

（2）房屋建筑破坏地震对建筑物的破坏程度，首先取决于地震释放能量的大小，，同时还和建筑物与震中的距离以及建筑物所处场地土性质有关，此外地震对建筑物的破坏还和建筑物本身动力特性有关。地基失效引起的破坏地震引起的砂土液化、软土震陷等地基失效，对上部建筑物造成破坏。在我国无论是 1976 年的唐山地震，还是 1975 年的海城地震，都看到了较大面积范围内出现砂土液化造成的建筑物沉陷与开裂的现象；地震造成的建筑物扭转破坏，地震本身是多方向的，存在扭转分量，如果结构本身刚度不均匀，将加剧扭转作用。扭转是导致结构破坏的重要原因，由于无法预见计算，减少结构的刚度和质量不均匀，加强结构的抗扭刚度和抗扭能力，是减少震害的重要措施，也是十分重要的抗震概念设计；底部空旷的建筑物在其底部形成了结构的软弱层，软弱层的位移变形大，钢筋混凝土柱承受不了大变形而破坏。有些柱子则因承载力不足而造成薄弱层破坏。国内外历次地震结果显示，底部空旷的建筑物遭受破坏是普遍的现象。1995年日本阪神地震中，很多高层和多层的居住楼遭受严重破坏或倒塌。原因是这些房屋底部为商店、车库等用途，底层纵横墙很少或者没有，形成空旷底层；

二、高层建筑混凝土结构抗震的设计方法

高层建筑钢筋混凝土的抗震设计是工程重点项目，在建筑设计中起着关键作用。在研究和制定工程的图纸时，应该根据抗震的设防对房屋的整体结构进行合理分类。按照房屋结构类型、高度、烈度等国家抗震标准将房屋进行抗震等级分类。高层房屋结构的层数越多、房屋结构的刚度突变系数越大，则房屋的振型数应该越多。

1.合理对梁和柱进行布置。

在设计时，需要对梁和柱的强弱关系进行有效的协调，增强柱的抗弯能力，这样即使遇到大地震时，柱端的塑性铰能相对于梁端塑性铰能较晚一些出现，在梁端塑性转动变大时，柱端塑性转动则会减小，这样就可以有效的确保塑性耗能结构的稳定性，确保框架结构具有较好的塑性耗能功能。

2 正确选择合理的抗侧力结构体系

（1）框架结构：框架结构由梁、柱通过节点组成的结构单元，框架只能在自身平面内抵抗侧向力，必须在两个正交的主轴方向设计框架以抵抗各个方向的侧向力。抗震框架结构的梁柱不允许铰接，必须采用刚接，使梁端能传递弯矩，同时使结构具有良好的整体性和较大的刚度。抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。抗震设计时，若采用砌体填充墙，填充墙的布置应避免形成上、下层刚度变化过大，避免形成短柱，尽可能对称布置，以减小偏心造成的扭转；砌体墙的抗侧刚度大、变形能力小，混合使用不利于结构抗震。（2）剪力墙结构：剪力墙结构承受竖向荷载和抵抗水平荷载是通过钢筋混凝土墙（亦抗震墙）来实现的，采用现浇钢筋混凝土，整体性好，承载力及侧向刚度大。剪力墙的延性设计的好坏直接影响着它的的抗震性能。在以往的地震灾害中，剪力墙结构的的震害一般比较轻。（3）框架―剪力墙结构：框架―剪力墙结构体系就是把框架和剪力墙两者结合起来，共同抵抗竖向荷载和侧向力，相互弥补，从此产生更好的结构效果。框架―剪力墙结构既有框架结构的特点，又具备剪力墙结构的优点。

3.做好设计时的布置

在高层建筑混凝土结构设计时，需在进行平面布置时要充分的遵循规整性、对称性和均匀性的原则，特别是在水平地震作用下，高层结构各楼层会发生侧移和变形，所以需要在设计时根据结构的不同来采取必要的措施来对侧移和变形进行有效的控制。在设计时可以通过减小框架的柱距和梁距、利用钢臂，利用竖向支撑交错布置、扭转体型或是加大房屋的有效宽度等诸多措施来减小结构的水平位移。同时还需要在设计时对薄弱层部位进行有效的控制，确保其具有足够的变形能力，但又能实现对薄弱层转移进行有效控制，从而确保高层建筑混凝土结构抗震性能的增强。

4.高层建筑结构的抗震概念设计

抗震概念设计在高层建筑抗震设计中很重要，并且有许多不确定和不确知的因素，所以很难精确地计算出结构的抗震能力。因此对于结构的抗震设计，细致的计算分析和抗震概念设计都是非常重要的。在地震作用下特别不规则结构的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震缝将其划分为若干个独立的抗震单元，使各个结构单元成为规则的结构，抗震缝两侧结构类型不同时按照需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。地震区建筑进行抗震设计时，除了应保证结构满足承载力及侧翼限制要求外，还应满足延性要求和具有良好的耗能性能，要实现“中震可修，大震不倒”的原则则是基本措施。钢筋混凝土结构要实现延性结构必须通过良好的延性设计。抗震高层建筑的延性通过合理选用结构体系、合理布置结构、对构建及其节点采取各种构造措施等才能实现，施工质量的良莠对结构的延性也有很大的影响。延性设计不是通过仅靠计算实现的，所以，保证结构的延性要通过抗震机构的抗震等级要求及加强构造措施等方法。必须保证梁、柱、墙构建均具备足够的延性，这样钢筋混凝土结构才能具有一定的延性，才能设计出延性框架和延性剪力墙。“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱杆件”是框架结构应遵循的设计原则，截面尺寸的合理选择，柱轴压比，剪跨比，箍筋选配的控制，以及核芯区的构造措施都是框架结构抗震设计的重要内容。框架―剪力墙结构和剪力墙结构设计为实现延性设计应符合“强墙弱梁，强剪弱弯”原则，还应该限制墙肢轴压比和墙肢设置边缘构件提高剪力墙的抗震性能，并且加强重点部位。

结束语

我国高层建筑日益增多，高层建筑结构强调概念设计的重要。应该不断改进技术和工艺，严格遵照国家相关规范，保证每个设计的细节都能严谨、合理，避免出现不必要的质量问题，进行合理的计算和分析，选择最优方案，促进我国高层建筑的健康发展。

参考文献

[1] 黄世敏，杨沈，等. 建筑震害与设计对策[M]. 北京：中国计划出版社，2009.

篇7

【关键词】钢筋混凝土高层建筑结构优化设计；问题；总结

随着我国高层建筑不断地迅速发展，建筑高度日益增加、建筑功能和类型日益复杂，且其结构体系也日益多样化，为了减少甚至避免钢筋混凝土高层建筑结构设计问题的出现，笔者结合实际工作实践，分析探讨了钢筋混凝土高层建筑结构设计问题。

1.钢筋混凝土高层建筑结构优化设计

（1）钢筋混凝土高层建筑结构设计不仅要满足相关要求规定与现行规范,还要遵循结构优化设计的原则。首先，要保证结构的正常使用与安全性；其次，应该有效的核减可以减小的结构构件；最后，要求结构具有合适的刚度,在特殊部位应该局部加强。

（2）要进行钢筋混凝土高层建筑框架结构的优化设计，要分析完结构整体内力后,按照梁柱各构件的控制内力，对截面进行优化设计,对满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征的配筋量的进行优化，并确定优化结果,这些会造成原结构的荷载特征与几何特征变化,在现荷载作用下，优化结构内力分布特征有了改变,各个控制截面的控制内力随之有了相应改变,按照这些进行下一步的优化设计。所以结构优化是一个渐进的过程，是一个不断迭代的寻优过程。

（3）应该进行框架――剪力墙结构的优化设计，结构延性与结构刚度的最佳组合就是剪力墙结构的设计，保持承载力能力的前提下的变形能力是结构延性对结构的主要影响,结构的侧向位移与自振周期是结构刚度对结构的影响,所以能够利用结构整体的侧向位移量进行结构延性与结构刚度的协调,根据规范要求，按照层间位移量与顶点位移总侧移的限值，进行结构的延性与刚度设计。结构优化的原则就是框架结构优化设计的原则,根据一次性完成的结构构件,对各个构件进行逐步优化，能够保证结构受力合理, 同时也节约投资。

2.钢筋混凝土高层建筑结构设计问题

（1）第一就是结构选型问题。首先是结构的规则性问题，在新的规范要求中，结构选型增加了许多限制条件，嵌固端上下层刚度比信息与平面规则性信息等就是这些限制条件，所以结构工程师必须注意这些限制条件；其次是结构的超高问题，在抗震规范要求中，严格的限制结构总高度，特别是新规范要求就以前的超高问题，把原来的限制高度设置为A级高度的建筑的同时，还进行了B级高度的建筑的增加，所以应该严格注意结构的这项控制因素，如果结构是B级高度建筑或者超过B级高度时，它的处理措施与设计方法会有比较大的变化；最后是短肢剪力墙的设置问题，新规范要求把墙肢截面高厚比是5―8的墙定义成为短肢剪力墙，同时按照实际经验与实验数据，就短肢剪力墙在高层建筑中的应用进行了许多限制条件的增加，所以在高层建筑结构设计中，结构工程师应该尽量少采用短肢剪力墙，避免为后期设计工作带来麻烦。

（2）第二就是地基和基础设计中的问题。首先在柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中，往往忽视建筑物沉降带来的附加应力的影响，在实际中，柱下独立基础和整个地下室底板通过上部荷载作用，会一起产生沉降变形以及共同受力，如果没有考虑其产生的附加应力，使底板偏于不安全，可能会由于不足的地下室底板承载能力而导致其开裂，在采用天然地基状况下，会带来更为显著的影响。在总沉降量比较小的工程中，综合考虑另外的因素，在地下室底板和持力层之间,可以采用褥垫处理手段措施。同时在地下水位季节性变化比较大的地区内，还要就高低两种水位为地下室底板带来的不同影响进行考虑，据此求出包络图并做出配筋设计。

其次，在有地下室的高层建筑设计中，在地下水位比较高的情况下，应该使室外地坪下面的结构部分外轮廓形状简洁，有助于建筑防水的施工。特别在柱下承台的形式中，因为柱下承台的影响，有着很复杂的基槽地模形状，产生许多的放坡与阴阳角，使防水施工的难度增大，使施工时间增长，这些不利于质量保证，还使工程造价增加，在此情况下，笔者建议大家考虑并采用反承台法，此方法就是保持地下室底板及承台的下皮标高统一相同，承台需要加厚部分向上作，随后地下室内部作覆土与滤水层的地面。该做法使基槽地模形状十分简单，能够保证施工质量，内部的覆土重量抵消了作用于底板上面的部分水浮力，使配筋减小，该种自相平衡的思路最科学合理，也使高层建筑物的抗倾覆能力提高。

最后，在进行地下室底板以及外墙配筋计算时，实际情况和假设条件往往不相符合，在进行地下室外墙配筋计算中，一些工程外墙配筋计算时，对于带扶壁柱的外墙，不进行扶壁柱尺寸大小的区分，完全按照双向板进行配筋的计算，然而扶壁柱按照地下室结构整体对结果配筋进行分析计算，没有按照外墙双向板传递荷载进行扶壁柱配筋的验算。根据外墙和扶壁柱变形协调的原理进行分析，它的外墙竖向受力筋没有足够的配筋，扶壁柱配筋不多，同时外墙的水平分布筋有富余量。笔者建议，垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块按双向板进行配筋的计算，外墙扶壁柱截面尺寸较大之间外墙板块也按双向板进行配筋的计算，比如：高层建筑外框架柱之间的外墙板块可以按双向板计算配筋。另外的外墙应该按竖向单向板进行配筋的计算。同时，对于柱下独立基础之间的拉梁，其又是首层维护墙的承重梁的情况下，不能单纯地按拉梁进行设计，当考虑荷载时，还要对梁上皮之上土扩散角之内的土重进行考虑。

（3）第三就是结构分析计算的问题。在结构分析计算过程中,对工程进行准确高效的内力分析，同时根据规范要求进行处理与设计,对工程设计质量好坏有着关键影响。

第一，在进行结构整体计算的软件选择时，因为各个软件所采用的计算模型有着一定程度的差异,所以造成了各个软件的计算结果有不同程度的差异。应该根据结构类型以及计算软件模型的特点进行计算软件的合理选择，以保证钢筋混凝土高层建筑整体结构分析计算的合理性，同时及时判断计算结果的可靠性与合理性是相当重要的。

第二，在钢筋混凝土高层建筑结构设计中,由于功能要求或者建筑美观并且不是主体承重骨架体系以内的一些非结构构件常常出现，特别是对高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,因为高层建筑的风荷载与地震作用都比较大,所以务必严格按照规范要求中的非结构构件的计算处理措施进行非结构构件的设计。

第三，竖向承重构件――柱与剪力墙等的合理布置是高层建筑结构设计的难点,能够通过以下几个参数来控制布置的是否合理：控制结构竖向规则性,减少甚至避免产生刚度突变的刚度比；控制结构扭转效应的周期比；控制结构平面规则性,避免扭转长生的位移比，位移比是刚心和质心的偏离程度的反映，平面布置应该对称、规则,保证刚心与质心重合。

3.总结

为了减少甚至避免钢筋混凝土高层建筑结构设计问题的出现，应该对钢筋混凝土高层建筑结构设计中的问题进行积极的分析和探讨。

【参考文献】

[1]JGJ322002，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.2002.

[2]吴学敏.钢筋混凝土结构抗震设计中一些问题的探讨[J]. 建筑结构,1998(9).

[3]连志强,上官建民.高层建筑结构设计中个问题的探讨[J].山西建筑，2000.08.15.

篇8

关键词：钢筋混凝土；地基与基础设计；概念设计；问题； 

中图分类号： TU37文献标识码： A

一、概念设计 

结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。选择对抗震有利的结构方案和布置，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道防线措施等每个设计步骤中都贯穿了结构概念设计内容。强调结构概念设计的重要性，是要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计中不能陷入只凭计算的误区。以下一些问题值得探讨： 

1．在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。 

2．一般工程都仅进行小震下的弹性设计，而用概念设计和构造措施保证“中震可修，大震不倒”，但没有验算和证实，那么建筑物是否真能做到“中震可修，大震不倒”，无人知晓。对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑，审查专家往往会提出更具体的设计指标：（1）中震或大震不屈服设计；（2）中震或大震弹性设计；要求设计单位确保实现“三水准”的设计目标。 

3．建筑物是应当有个性的，不应当千面一物。基于性能的抗震设计理念的特点是，使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡，允许按照业主的要求选择不同层次的抗震性能目标作为设计者的设计依据。例如业主可以提出更高的抗震设防要求，按中（大）震不屈服设计或中（大）震弹性设计，保证重要的建筑物在大地震作用下不影响正常使用功 

能，而不仅仅是不坏不倒。 

4．水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用，应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力；结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度以减少地震作用效应，但是也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因P-Δ效应过大而导致结构破坏；结构除需要满足水平方向刚度和抗震能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力。 

5．在一个独立的结构单元内，应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼、电梯间；减少地震作用下的扭转效应。竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急，结构刚度、承载力沿房屋高度方向不宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱的部位。应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力。根据具体情况，结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。高层建筑的结构单元应采取加强连接的方法。 

二、结构选型问题 

对于高层结构而言，在工程设计的结构选型阶段，结构工程师应该注意以下几点： 

1、结构的规则性问题 

新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。 

2、结构的超高问题 

在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A 级高度的建筑外，增加了 B 级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3、嵌固端的设置问题 

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，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，因此，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。 

4、短肢剪力墙的设置问题 

在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。 

三、地基与基础设计问题 

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。 

四、结构计算与分析问题 

在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。 

1、结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA 或 ETABS、SAP 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，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。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、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。 

2、是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。 

3、非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。 

篇9

[关键词] 高烈度;多层;框架;设计

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

在我国，混凝土框架结构形式被普遍应用于各种多层建筑中，框架结构具有建筑平面布置灵活、空间尺度容易实现、改造余地大等特点。

在抗震设防高烈度区（以下称高烈度区，主要指8度（0.20g）、8度（0.30g）及以上地区），由于地震作用很大，使得即便是结构总高度在20m以下的多层建筑，其结构设计也变得比较困难。本文通过一个工程实例，分析了多层钢筋混凝土框架结构设计需要考虑的几个要点，从位移角限值、结构方案布置、侧向刚度调整、计算参数控制等方面进行分析和探讨。

一、工程实例

某建筑主体层数五层，功能主要为办公。结构形式为钢筋混凝土框架结构，主要柱网尺寸为8mx8m。总长57.2m，总宽为18.5m。一层层高3.6m，二层、三层、四层层高3.5m，五层层高3.6m。总高度17.7m。楼板采用现浇钢筋混凝土楼盖主次梁形式，板厚120mm。抗震设防烈度为8度（0.20g），设计地震分组为第一组，框架抗震等级为二级，场地类别Ⅱ类，抗震设防类别为丙类建筑。主要框架柱截面尺寸：角柱700mm×750mm，中柱550mm×700mm，主要框架梁截面尺寸400mm×700mm，350mm×650mm。

材料：柱混凝土强度等级为C40，梁、楼板、楼梯的混凝土为C35。钢筋：选用HRB400级钢筋。填充隔墙：采用加气混凝土砌块，强度MU5.0，砂浆M5.0。

计算采用PKPM 软件SATWE（2010版），最大层间位移角：X向1/ 560，Y向1/ 559。底层柱最大轴压比0.45，最小轴压比0.33。

二、设计要点及措施

作为建筑抗震设防三个水准的要求之一,结构弹性层间位移的限值,是保证结构在多遇地震作用下,建筑主体结构不受损坏，非结构构件(包括维护墙、隔墙、幕墙、内外装修等) 没有破坏并导致人员伤亡,保证建筑的正常使用功能的基本控制指标。根据《建筑抗震设计规范》表5.5.1中，规定钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值为1/550。

通过以上工程实例及其他类似的高烈度区多层框架结构设计中，笔者发现多层框架结构柱截面的控制基本不是轴压比控制，框架梁的截面尺寸也均大于在非高烈度区时。框架柱、框架梁截面尺寸的取值主要是为了提高结构整体刚度, 以便在水平地震力的作用下，满足《建筑抗震设计规范》对结构弹性层间位移角限值的要求。如果在设计过程中，没有采取其他措施，只是一味的增加梁柱截面尺寸，过大的梁、柱尺寸不仅会影响建筑使用，也会导致设计保守，不够经济的后果。

因此我们在设计过程中，要从结构方案调整、材料选取、计算参数控制等方面采取措施，高烈度区下进行框架结构的合理设计。

（1）结构方案平面竖向布置合理。

建筑物的体形设计对抗震设计至关重要，尤其在高烈度地震区。造型新颖的结构，其平面立面往往不规则，平面上的凹进凸出，立面上的错落有致，容易形成结构某些部位刚度和强度上的突变，引起应力集中和变形集中，形成薄弱部位，往往造成比较严重的灾害。同时建筑物体形的规则与否，将直接影响抗侧力构件布置时的合理有效，从而影响建筑造价。例如楼板平面开洞过大，开洞总面积超过楼面面积的30%，按照《建筑抗震设计规范》3.4.3条，应列为楼板局部不连续的不规则类型中。在高烈度区，计入楼板局部变形的影响。

另外建筑过于狭长的矩形平面，其侧向刚度难以符合规范要求，在必要的情况下需要在适当部位设置抗震缝划分成接近方形的平面，对位移控制更为有利,同时在抗震分析上,扭转效应可相应减小,最大位移与平均位移比值也容易控制。

（2）平面两个方向的侧向刚度接近。

由于场地限制及建筑方案的规定下，不宜设置抗震缝，导致结构平面形状经常为矩形，导致平面X、Y两个方向的侧向刚度不宜接近。因此在设计过程中，通过调整框架柱、框架梁在X、Y两个方向不同的截面尺寸，实现两个方向侧向整体刚度的平衡。以达到以最经济的截面尺寸，控制两个方面最大层间位移角，减小结构的扭转的影响。

如本文中所列举的工程实例。X向总长57.2m，Y向总宽为18.5m。而框架柱截面尺寸除角柱外，其余中柱及边柱为550mm×700mm。减小X向柱截面尺寸，增大Y向柱截面尺寸。以减小X向的侧向刚度，增大Y向的侧向刚度，使两个方向侧向刚度接近，减小结构的扭转影响。

（3）提高最大位移发生区域角部的局部刚度。

为了满足建筑净高的要求和对结构经济性的控制,不可能也没有必要为控制位移将整体结构的框架柱和框架梁的截面都设计的很大。根据多个工程实例可得出以下结论：多层框架结构的最大层间位移角多出现在结构的第2、3 层,且控制点均在远离结构刚度中心的角柱。

由于最大弹性层间位移角限值是多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性位移与楼层层高的比值,因此最需要控制好最大位移发生区域的刚度,进而直接控制最大层间位移角。那么在设计过程中，需要采取的措施是增大角柱的截面尺寸，以及增大与角柱相连的两个方向的边框梁的截面尺寸,这样一般既不会影响建筑的功能和使用,还可直接增加角区的刚度，减少角区的位移值。此外如果建筑容许,在角区局部增设框架柱,即增加框架的跨数,提高角部边框梁的线刚度,也是减少角区位移值的有效方法。

本工程实例中采取了增加角柱的截面尺寸，以及在角区增设框架柱来替代楼梯梯柱的方法，增加了角布区域的刚度，从而控制了层间位移角。

（4）合理设置结构计算的设计参数。

目前结构计算都是使用PKPM等相应的计算软件，而各种软件为适应各类不同的工程，设计参数都有一定选取范围，并且都设置了默认值，这就需要结构设计师们在规范允许的范围之内选取用合理的参数。

例如对大多数框架结构而言，考虑到填充墙对建筑结构自振周期的影响，《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.17 条要求，在非承重墙体为填充砖墙情况下，应对高层建筑的计算自振周期进行折减，在多层混凝土结构中也同样存在这种情况。规范建议框架结构可取0.6～0.7，并表明对采用其他非承重墙体时，可根据工程情况确定该系数。在高烈度区，为了减轻结构的地震作用，在多层框架结构设计时，应尽可能采用空心轻质填充墙，减轻结构自重。该折减系数可取0.8左右，不宜折减太多。

三、结语

在高抗震烈度区多层框架结构设计应注意以下几点：(1)层间位移角是控制框架柱截面尺寸的主要因素；(2) 合理的建筑物平面竖向布置，对抗震设计至关重要；(3)调整平面两个方向的侧向刚度，提高最大位移发生区域角部的局部刚度，是调整弹性位移角的关键；（4）合理设置结构计算的设计参数。

参考文献

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[关键词]预制钢筋混凝土叠合剪力墙；刚度设计;优化设计

0引言

我国的住宅建设正在以前所未有的速度与规模迅猛发展。面对全球发展低碳经济的新趋势，我国经济增长方式面临结构性调整。房地产业的发展与建设也面临结构性的转变。绿色建筑、住宅产业化的发展已经日益受到政府及开发商的重视。

最近几年，万科等大型房地产商在“像造汽车一样造房子”的理念指导下，率先开展了住宅产业化的试验性建设引进了日本、香港、新加坡等地的预制装配式混凝土结构技术。简称PC（Precast Concrete）技术。在深圳、上海、江苏等地的住宅开发项目中，应用PC技术建造了一批高层、小高层住宅。

钢筋混凝土剪力墙结构是我国高层住宅广泛采用的一种结构形式。应用PC技术建造的钢筋混凝土剪力墙结构称为预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构。这种结构的设计和建造尚未有成熟的配套规范。因此，开展PC建筑结构以及PC构件的设计、施工等方面的研究，对于推广住宅的产业化体系有着广泛的社会与经济效益。

1工程概况

某小区53、55幢楼是应用了PC技术的高层叠合剪力墙住宅工程。

该工程为两幢18层住宅。建筑面积约为2.22万m2。其中1层为架空休闲绿化空间，2~15层为标准层，16~18层有局部退层。作为江苏省首个绿色建筑三星级住宅小区示范项目，结合建筑立面，PC技术的应用范围确定为53、55幢楼的3~15层标准层段，两幢楼共计26个标准层。PC技术应用内容如下：

（1）外山墙采用预制钢筋混凝土剪力墙外模板即PCF（Precast Concrete Form）构件。

（2）前后外墙采用预制钢筋混凝土外墙即PC（PrecastConcrete Form）+PCF混合构件。

（3）预制钢筋混凝土楼梯。

（4）预制悬挑板式阳台。

PC及PCF构件的布置详见图1

注1：预制钢筋混凝土剪力墙外模板PCF是在工厂做好模板及外饰面。现场安装就位后作为现浇钢筋混凝土剪力墙的外模板，内侧再放置设计所需钢筋，支上另一侧内模，浇筑混凝土即形成预制钢筋混凝土叠合剪力墙。详见图2。

注2：预制外墙PC是将剪力墙结构外墙的填充墙部分，预制成外模，内侧可填充轻质材料。外模用钢筋与现浇的梁、墙连接。详见图3

2主体结构方案及设计方法

该工程抗震设防烈度为6度，剪力墙抗震等级4级。两幢住宅楼平面、立面均较规则，竖向构件上、下连续。经方案比较决定采用钢筋混凝土剪力墙体系。建筑场地为Ⅲ类。设有1层地下室，采用预应力管桩加筏板基础，标准层的结构布置如图4示。

PC建筑的结构设计与传统的现浇钢筋结构设计有许多不同。也增加了一些新的设计内容。下面主要介绍我们在高层预制钢筋混凝土叠合剪力墙结构的主体结构设计中采用的设计方法。

在遵守现有规范的前提下，我们对文献[3]进行了认真的研究。参考日本的相关资料，在主体结构设计中我们采用了两种方法：

2.1方法一

所有的竖向抗侧力构件均采用现浇钢筋混凝土剪力墙和柱。不考虑PC、PCF预制构件的刚度参与结构计算，将PC、PCF作为荷载加在结构上，用现行的规范及现行的软件进行结构整体分析及构件设计。但考虑由于PC、PCF的刚度存在对结构周期的影响，以其计算结果作为内力及配筋的依据。从文献[3]的试验结果看，此方法是偏于安全的。

2.2方法二

由于PC及PCF的存在对于剪力墙结构的刚度是有贡献的。文献[3]的试验结果也表明，在预制钢筋混凝土叠合剪力墙的弹性变形范围内，预制模板和现浇墙体的协同工作较好。因此我们在计算结构刚度控制建筑的位移时，将预制钢筋混凝土叠合剪力墙的厚度按实际考虑，即墙厚=预制模板厚+现浇剪力墙厚。对结构进行整体分析，其分析结果作为控制结构刚度、周期、位移的依据。强度设计仍以方法一的计算结果为依据。

以上两种设计方法均以现行的结构设计规范为依据，同时参考了文献[1]、文献[2]、文献[3]。

结构分析软件采用中国建筑科学研究院的SATWE。

3主要结构材料特征及计算分析结果(以53幢为例)

3.1主要结构及材料特征，见表1

3.2主要计算结果，见表2、表3、表4、表5

3.3主体结构设计小结

上述计算分析表明，本工程所采用的设计方法将PC建筑的结构体系简化为适用于现行规范及现行计算软件的结构体系。在结构的分析及设计中考虑PC建筑的特点，PC及PCF构件刚度的影响，对计算模型及总体控制参数进行适当调整。其计算结果均满足现行的结构规范且能满足使用要求。

通过计算比较可知，考虑PC及PCF刚度的贡献可以使结构的周期略微减短，位移略微减小，对于结构的整体计算，基本没有影响，但对于层数较高的建筑考虑PC及PCF的刚度，对控制结构的周期位移会有帮助。

4 PC建筑结构设计中的其它设计问题

PC建筑的结构设计除了主体的设计外，还要进行以下

的构件设计及构造设计。

（1）在PC及PCF构件的设计及构造上，要保证叠合剪力墙预制部分与现浇部分的共同工作，适当考虑PCF的作用对主体设计有优化的潜力。

（2）PC及PCF构件在脱模、存放运输、安装就位以及现场浇筑混凝土等工况下的强度、刚度计算。

（3）PC构件与主体建筑的连接方案，柔性方案和刚性方案各有利弊，本工程采用的是柔性方案。此问题还需进一步研究、实践。

（4）由于其他部位预制构件的采用如楼梯、阳台以及叠合楼板等，对结构的导荷方式以及计算模型的假定均有影响，计算时应予以考虑。

（5）施工时各结合部连接构件的设计。

5结论