高层住宅结构设计范文

导语：如何才能写好一篇高层住宅结构设计，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： 高层住宅；结构；设计优化

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

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

0引言

高层住宅结构优化是指对建筑物结构进行合理分析，提出结构设计优化方案，目的是在设计满足国家相关建设法规的前提下，提高建筑物的技术质量，降低总成本，是投资利益最大化，并且能保证建筑物抗震性能和安全性。结构设计优化是对设计再次分析，再次加工的过程。让住宅结构刚度适中、均衡整体结构布局、减小构件在外力影响下的变形或者破坏，达到既美观又坚固抗震的效果，这是高层住宅结构优化的目标。

在高层住宅结构优化设计中，每一道工序都要精心设计，做到计算合理准确，方案合理可行，本文对设计优化存在问题进行分析并提出几点可行建议。

1高层住宅结构设计现状

1.1 住宅结构设计现状

低层建筑和高层简述横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的，但是建筑高度越高，竖向结构设计越难，这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高，就要求有较大的柱子或者墙来承受垂直压力负荷，这对建筑材料的要求比较高。另外，住宅越高，侧向力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多，而且侧向荷载产生的响应并不是线性的，而是随着高度增加而迅速增大，在现代高层住宅建筑物中，重要的问题是整体抗弯和抗变形，抗震等，高层建筑与低层建筑结构有着很大差异，需要考虑的因素也很多，例如共振，扭转，水平侧向位移等。所以，高层住宅结构设计比较困难，考虑因素复杂多变，影响因素很多，所以在设计的时候，要从整体上进行把握，设计出实用性强的好方案。

1.2 高层住宅结构设计影响因素

住宅越高，安全性就越来越要重视，抗震性能也要增强，所以设计中要考虑的因素也就增多，主要影响因素有水平负荷，轴向变形，侧移等。

(1) 水平荷载.。水平荷载是需要考虑的决定因素，一般来说，竖直方向上载荷在构建中受力只与楼房高度有关，但是水平受力却比较复杂，且易受外界条件影响，数值变化不定，所以其是影响住宅结构设计因素。

(2) 轴向变形。在高层住宅建筑中，楼层越高，竖向负荷就越大，能够在轴向引起较大的变形，影响建筑结构的续梁弯矩，将会引起连续梁之间支座点的负弯矩值降低，造成端支座负弯矩值以及跨中正弯矩值增大，从而引起预测材料长度不准确，对下料长度产生影响。

(3) 控制指标侧移。结构侧移量是高层建筑结构设计要重点考虑的因素，这一点与低层楼房不同，楼房高度越高，侧移量在水平荷载影响下变形越明显，所以在设计的时候，要注意在水平荷载作用下的侧移要控制在要求范围之内。(4)结构延性。结构延性是一种重要设计指标，高层住宅建筑在地震作用下的变形大，建筑越高，变形越明显，为了在地震情况下放置建筑物倒塌，要特别注意在构造上采取合适的措施，保证住宅的安全。

2高层住宅结构设计优化

2.1 选择设计结构方案

进行高层住宅结构设计优化时，首先要进行结构方案的选择。结构方案的好坏决定了结构设计的好坏，对于同一个建筑设计要求，其结构方案往往是不唯一的，但是不同的设计方案会影响工程质量和工程造价，在设计时，一定要选择合理的结构设计方案。可以遵循以下原则。

首先，根据相关建筑规则的规定来完成结构设计方案总体要求，处理好结构与结构的相互关系，充分发挥结构的最佳受力状态，是结构尽可能简单明确，直接易懂，具有足够的承载力，良好的延性和刚度。其次，要保持结构的安全可靠。应该仔细考虑每一个构建，使各个构建能够相互协调，发挥最大功能，保证设计目标水准，使结构既经济又安全。再次，要尽量避免或者减小外力作用下的扭转效应。因为抵抗扭转效应所需要的材料用量很大，而且结构也会很复杂，会提高工程造价，不经济不实惠。最后，要积极与建筑部门进行互动交流。结构设计者往往对建筑结构和材料不是很了解，在设计结构方案时，要与建筑师进行交流，听取他们提出的建议，结构设计师要充分理解结构概念，真实客观地进行设计，通过反复优化，修改，最后设计出造价最低并且质量最好的结构方案。

2.2 设计优化

在进行高层住宅结构设计优化时，首先是要对建筑结构进行基础设计，主要有结构承重体系设计，建筑缝的处理设计等，基础设计完成后，就可以开始进行优化设计了，在优化设计时，要注意一下几方面。

(1)正确认识结构设计优化的重要性。现在房地产已经是一个大产业，人们对住宅要求也越来越高，而作为投资方，追求的是利益的最大化，进行住宅结构优化的设计，不但可以有效降低总成本，还可以使建筑结构更美观安全，能经济合理的节材降，从而减低工程造价。高层住宅结构设计优化，首先要仔细阅读建筑结构图纸，综合考虑各种因素的影响，经过反复优选等过程，达到设计优化目标，对原结构方案设计进行改进，合理惊醒构件布置，适当选择构件尺寸等，做到精益求精，最后提出优化建议。

(2)设计方案优化。这部分是设计优化的重点，不仅要进行对抗侧力单元优化设计，还要进行框架结构优化设计。使设计符合防震要求，在各项参数都符合规范要求的前提下，不断进行优化设计，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构两方向刚度接近两个方向水平位移，达到最佳受力状态。

在设计时，首先要进行建筑结构分析，主要由竖向抗侧力构件构成，包括剪力墙，筒体，框架等。主要分析他们的受力状态，使构件充分利用起来。在进行计算分析时，不能盲目地依赖计算机，还要结合工程师的实际经验，选择合适的计算参数，经过多次计算比较，找到最佳参数值。要注意实际结构与计算模型的偏差，因为计算机在计算的过程中，需要对模型进行假定，而实际结构优势错综复杂的，所以计算值与实际结构会有差异，在通过计算值来选择结构时，要充分结合实际情况来分析。

其次进行框架结构优化主要是根据住宅结构平面，分析竖直载荷和水平载荷，合适实际情况，合理布置构件，选用合适材料，结合实际材料构造进行结构分析和内力分析，根据分析结果适当调整设计结构。此外，还要进行可行判断，对优化结果进行内力分析，满足设计要求的前提下，校验可行性，如果不可行，就要调整设计方案，知道方案可行为止。

(3)地基处理的优化。高层住宅建筑更要注重地基的处理，否则将前功尽弃，在选择地基时，要选择地质条件不复杂，容易施工的地质，因为地质条件越复杂，做好地基工作造价越高，而选择相对简单的地质条件，不仅可以降低地基处理的成本，地基安全度也会增加，从而降低工程造价，提高工程性价比。

(4) 进行建筑材料的优化。优化建筑材料目的就是花尽量少的钱，做到经济安全，符合设计要求。这就要求在选择建筑材料时，要合理利用材料性能，根据不同的需求来选择不同的材料，实际上，因材料选择不当造成的浪费很多，有些地方需要质量好材料，有些地方一般材料即可达到要求，设计时，要充分考虑这些因素，例如采用高强度钢筋低强度取代钢筋的时候可以节约钢材。

3结论

高层住宅结构设计优化能够有效降低工程造价，带来可观的经济效益，不仅能让建筑物安全实用，又能使其经济美观，舒适。所以进行结构优化设计至关重要，实际设计中，要结合实际情况和具体条件来灵活运用设计优化方法，实现住宅建筑设计既安全又经济。

参考文献

[1]高立人等.高层建筑结构概念设计［M］．北京:中国计划出版杜,2005．

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【关键词】高层住宅；错层结构；剪力墙结构；抗震措施

【中图分类号】TU973.16【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2015）07-0151-01

1.错层结构的相关理论探讨

依据规范及相关参考文献理论总结：对于错层结构，一般认为其不利的因素主要存在两个方面：一是由于楼板被分成数块，且相互错置，在错层构件中产生很大的变形和内力，削弱了楼板协调结构整体受力的能力；二是由于楼板错层，使得错层交接部位形成竖向短构件（如框架结构中的短柱），可能在同向受力中因错层构件刚度大而产生内力集中，不利于抗震设计。短构件问题主要是针对多层框架结构，其不利于抗震的震害表现也多出现在多层框架中。对于以剪力墙为主要抗侧力构件的高层住宅，规则的错层对结构受力的影响有限，影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结构的错层会增大结构的抗侧刚度，错层构件在结构整体中所占的比例越大，则整体侧向刚度增加幅度越大，但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。如图1所示，相互错层的相邻楼板A和B仅由中间的错层柱或墙相联系，相比较平面刚度极大的楼板，错层柱或墙的弯剪刚度是个极小值，当结构受力时，结构两部分将产生不协调变形，可能会在错层柱或墙中形成较大的内力，错层柱或墙的受力与两部分的均匀性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明Ⅲ，由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏.根据振动台试验和静力试验破坏结果，错层剪力墙结构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知，错层对剪力结构体系得影响有限，错层剪力结构通过结构的合理布置和结构措施的加强，可以满足抗震设计的要求。

2.工程实例

2.1工程概况

郑州高新区地矿综合楼矿产研发中心1#、2#楼住宅小区位于该市高新区，根据其功能要求为错层剪力墙结构。该工程建筑平面布置为一字型，建筑物长度约为69m，宽度约为12.6m，建筑主体高度52.1m，共18层，加上屋顶以上塔楼的高度后，建筑的总高度为55.8m，高宽比为4.43。规范要求，钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m，综合考虑变形缝设置要求，该建筑变形缝宽度取200mm，将建筑物分成A、B、c三个单元，如图2所示（阴影处为错层区域）。建筑剖面图见图3，住宅标准层层高为2.9m，上部结构各标准层与错层之间相差1.45m。该工程为丙类建筑，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第二组，场地特征周期为Tg=0.40S，罕遇地震作用的水平地震影响系数最大值为0.72。计算时基本风压按50年重现期取0.45KN/㎡。

2.2计算模型

该工程被变形缝分成A、B、C三个单元，其中A和C单元对称，因此我们只需建立A和B两个计算模型进行计算。按照《高规》复杂高层建筑结构设计中的错层结构结构相关要求，错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。错层结构中，错开的楼层应各自参加结构整体计算，不应该并为一层计算。本工程采用现浇剪力结构体系，计算软件以STAWE为主进行结构计算，以PMSAP进行校对。建模时图3所示各标高处均按独立的计算标准层输入模型，按实际标高组装，错层处剪力墙厚度取250mm，与之相连的墙体厚度也取250mm。文献指出，错层剪力墙结构设计时墙体应尽量带有较大的翼缘，一是可以增加墙体的稳定性，二是增加了墙体的抗震承载能力和延性，对抗震有利。所建模型中墙体都带有较大的翼缘，以增强墙体的稳定性和抗震性能。文献指出，在进行结构的动力特性分析时，分别采用弹性楼板和刚性楼板模拟结构的错层楼板，发现两种计算方法的结果差异不大。振型分解反应谱分析结果表明，结构在常遇地震作用下错层位置楼板会产生局部应力集中现象，而位移、基底剪力等指标均满足规范抗震要求。设计中用SATWE和PMSAP计算时，分别考虑错层楼板为刚性楼板和弹性楼板，发现计算结果确实差异不大。

2.3计算结果

两种程序的计算结果相差不大，为结构设计提供了保障。

2.4抗震构造措施

对于错层剪力墙结构，《高规》中指出，错层处平面外受力的剪力墙截面厚度抗震设计时不应小于250mm，并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率抗震设计时不应小于0.5％。本例参考了大量的相关文献及其规范的要求，在建筑专业允许的前提下，设置变形缝，将建筑分为三个部分进行设计，减小结构的扭转效应。在错层处的剪力墙加厚，厚度取250mm，并让墙体带有较大的翼缘，增强墙体的延性和稳定性。错层处剪力墙抗震等级提高一级，按二级考虑。混凝土强度等级在底部加强区为C35，上部为C30。

3.结论

需要注意：（1）错层结构造成平面楼板不连续，竖向构件应力集中，是一种对抗震不利的结构形式，但错层对剪力墙结构体系的影响有限，错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的加强，可以满足抗震设计的要求。（2）错层剪力墙结构的设计中，考虑结构概念设计，合理的布置结构平面，采用相应的抗震构造措施，可以很好的保证结构的安全性，确保收到良好的经济效果。

参考文献

[1]魏雅丽.《某高层建筑错层剪力墙结构设计[J]》.国外建材科技，2006

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关键词：高层住宅；结构；设计优化

中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：

0引言

高层住宅结构优化是指对建筑物结构进行合理分析，提出结构设计优化方案，目的是在设计满足国家相关建设法规的前提下，提高建筑物的技术质量，降低总成本，是投资利益最大化，并且能保证建筑物抗震性能和安全性。结构设计优化是对设计再次分析，再次加工的过程。让住宅结构刚度适中、均衡整体结构布局、减小构件在外力影响下的变形或者破坏，达到既美观又坚固抗震的效果，这是高层住宅结构优化的目标。

在高层住宅结构优化设计中，每一道工序都要精心设计，做到计算合理准确，方案合理可行，本文对设计优化存在问题进行分析并提出几点可行建议。

1高层住宅结构设计现状

1.1 住宅结构设计现状

低层建筑和高层建筑横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的，但是建筑高度越高，竖向结构设计越难，这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高，就要求有较大的柱子或者墙来承受垂直压力负荷，这对建筑材料的要求比较高。另外，住宅越高，侧向力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多，而且侧向荷载产生的响应并不是线性的，而是随着高度增加而迅速增大，在现代高层住宅建筑物中，重要的问题是整体抗弯和抗变形，抗震等，高层建筑与低层建筑结构有着很大差异，需要考虑的因素也很多，例如共振，扭转，水平侧向位移等。所以，高层住宅结构设计比较困难，考虑因素复杂多变，影响因素很多所以在设计的时候，要从整体上进行把握，设计出实用性强的好方案。

1.2 高层住宅结构设计影响因素

住宅越高，安全性就越来越要重视，抗震性能也要增强，所以设计中要考虑的因素也就增多，主要影响因素有水平荷载，轴向变形，侧移等。

(1) 水平荷载.。水平荷载是需要考虑的决定因素，一般来说，竖直方向上载荷在构建中受力只与楼房高度有关，但是水平受力却比较复杂，且易受外界条件影响，数值变化不定，所以其是影响住宅结构设计因素。

(2) 轴向变形。在高层住宅建筑中，楼层越高，竖向负荷就越大，能够在轴向引起较大的变形，影响建筑结构的连续梁弯矩，将会引起连续梁之间支座点的负弯矩值降低，造成端支座负弯矩值以及跨中正弯矩值增大，从而引起预测材料长度不准确，对下料长度产生影响。

(3) 控制指标侧移。结构侧移量是高层建筑结构设计要重点考虑的因素，这一点与低层楼房不同，楼房高度越高，侧移量在水平荷载影响下变形越明显，所以在设计的时候，要注意在水平荷载作用下的侧移要控制在要求范围之内。

2高层住宅结构设计优化

2.1 选择设计结构方案

进行高层住宅结构设计优化时，首先要进行结构方案的选择。结构方案的好坏决定了结构设计的好坏，对于同一个建筑设计要求，其结构方案往往是不唯一的，但是不同的设计方案会影响工程质量和工程造价，在设计时，一定要选择合理的结构设计方案。可以遵循以下原则。

首先，根据相关建筑规则的规定来完成结构设计方案总体要求，处理好结构与结构的相互关系，充分发挥结构的最佳受力状态，是结构尽可能简单明确，直接易懂，具有足够的承载力，良好的延性和刚度。

其次，要保持结构的安全可靠。应该仔细考虑每一个构件，使各个构件能够相互协调，发挥最大功能，保证设计目标水准，使结构既经济又安全。

最后，要积极与建筑专业进行互动交流。结构设计者往往对建筑的材料不是很了解，在设计结构方案时，要与建筑师进行交流，听取他们提出的建议，结构设计师要充分理解结构概念，真实客观地进行设计，通过反复优化，修改，最后设计出造价最低并且质量最好的结构方案。

2.2 设计优化

在进行高层住宅结构设计优化时，首先是要对建筑工程进行基础设计，主要有结构承重体系设计，抗震缝的处理设计等，基础设计完成后，就可以开始进行优化设计了，在优化设计时，要注意以下几个方面：

(1)正确认识结构设计优化的重要性。现在房地产已经是一个大产业，人们对住宅要求也越来越高，而作为投资方，追求的是利益的最大化，进行住宅结构优化的设计，不但可以有效降低总成本，还可以使建筑结构更美观安全，能经济合理的节能降材，从而降低工程造价。高层住宅结构设计优化，首先要仔细阅读建筑结构图纸，综合考虑各种因素的影响，经过反复优选等过程，达到设计优化目标，对原结构方案设计进行改进，合理进行构件布置，适当选择构件尺寸等，做到精益求精，最后提出优化建议。

(2)设计方案优化。这部分是设计优化的重点，不仅要进行抗侧力单元优化设计，还要进行框架结构优化设计。使设计符合抗震要求，在各项参数都符合规范要求的前提下，不断进行优化设计，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构两个方向刚度接近两个方向水平位移，达到最佳受力状态。

在设计时，首先要进行结构分析，主要由竖向抗侧力构件构成，包括剪力墙，筒体，框架等。主要分析他们的受力状态，使构件充分利用起来。在进行计算分析时，不能盲目地依赖计算机，还要结合工程师的实际经验，选择合适的计算参数，经过多次计算比较，找到最佳参数值。要注意实际结构与计算模型的偏差，因为计算机在计算的过程中，需要对模型进行假定，而实际结构错综复杂，所以计算值与实际结构会有差异，在通过计算值来选择结构时，要充分结合实际情况来分析。

其次进行框架结构优化主要是根据住宅结构平面，分析竖向荷载和水平载荷，核实实际情况，合理布置构件，选用合适材料，结合实际材料构造进行结构分析和内力分析，根据分析结果适当调整结构设计。

3)地基处理的优化。高层住宅建筑更要注重地基的处理，否则将前功尽弃，在选择地基时，要选择地质条件不复杂，容易施工的地质，因为地质条件越复杂，地基处理造价越高，而选择相对简单的地质条件，不仅可以降低地基处理的成本，地基安全度也会增加，从而降低工程造价，提高工程性价比。

3结论

高层住宅结构设计优化能够有效降低工程造价，带来可观的经济效益，不仅能让建筑物安全实用，又能使其经济美观，舒适。所以进行结构优化设计至关重要，实际设计中，要结合实际情况和具体条件来灵活运用设计优化方法，实现住宅建筑设计既安全又经济。

4 参考文献

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关键词：小高层住宅；结构形式；结构方案

中图分类号：TB482.2文献标识码：A

1小高层住宅的优越性

随着住宅层数的增加,容积率的提高,同等规模的居住区的用地面积也会相应减少。小高层住宅能有效地节约用地。住宅设计应以人为本。电梯的使用,体现了对人的关怀。小高层住宅电梯的使用,不仅解决了垂直交通问题,方便居民(尤其是老龄居民)的出入,而且大大提高了房屋的居住品质。小高层住宅由于采用框架和剪力墙结构体系,整体性、抗震性都大大优于多层砖混结构。小高层住宅的经济性体现在电梯的优化设计和土建费用较低方面。总之,小高层的整体投入低于高层,其中7层～9层的小高层住宅的投入只略高于多层住宅,但由于节约了土地,也就减少了资源浪费、节省了大笔的费用。

2小高层住宅的基本结构形式

2.1框架结构

框架结构一般适用干多层结构和小高层结构，适用高度范围在60.0m以下(6度设防)框架结构具有布置灵活，可以有较大的室内空间等特点。填充墙采用轻质隔墙可以减轻结构自重，但是框架柱内凸会影响户型的实际使用面积，并影响家具的布置，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。《高规》在第4.8.2条中规定，对高度大干30.0m的框架结构建筑，在抗震为6度设防的地区，抗震等级为三级，sATwE程序计算结果为：在水平荷载(风荷载及地震荷载)作用下，水平位移与层间位移比为最大(1／1200)；由于框架柱作为唯一的抗水平力构件，轴压比限值为0.90，故框架柱截面尺寸较大。并且由于建筑的造形或使用的要求，会形成框架的一端位于柱上、另一端位于梁上的现象，或几根框架柱不在同一条轴线上，形成单跨框架现象，从而成为抗震的薄弱环节。在需要考虑到抗震设防要求的结构设计中，由于框架粱柱截面比较小，剐度比较低，抗震性能又差，如果采用砌体填充墙，在地震中会损坏严重并且修复费用高，所以对高层结构不宜采用。

2.2异型柱框架结构

这种结构形式派生于框架结构形式，具有框架结构的特点，此外，它与墙同宽的异型柱解决了建筑平面使用问题。据《混凝土异型柱结构技术规程~JGJ1492006第3.1.2条规定：抗震设防为6度时，异型柱结构适用于高度为24m以下的房屋。由于异型柱在受力性能方面(比如受剪承载力、节点承载力以及延性等)比普通矩形柱差，它无法满足比较高的建筑物在抗侧力以及轴力等方面的要求。所以，相对来说异型柱框架结构在抗震性能方面是最差的一种结构形式。但由于能够解决住宅室内无柱角的问题，在多层中还是有比较好的应用市场。

2.3普通剪力墙结构

普通剪力墙结构一般用于高层住宅的结构设计，尤其是在30层左右的高层结构中广泛应用。这种结构形式的特点是根据建筑平面布局来设置钢筋砼墙，使用剪力墙以解决建筑平面的使用问题。它的优点是整体刚度大，抗震性能好，水平位移小，居住舒适。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，否则对结构受力及抗震均不利。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；但如果刚度太小，结构变形太大，则会影响建筑物的使用。对于小高层住宅来说，剪力墙是面广量大的，因此合理的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。

2.4框架剪力墙结构

在近几年的高层结构设计中，框架剪力墙结构形式应用比较广泛。这种结构形式既具备框架结构布置灵活的优点，又具备较好的抗震性能，缺点是其框架柱的内凸也会影响到户型的使用面积及家具的布置。在这种结构形式中，由于框架柱主要承受竖向荷载，轴压比限值较框架结构有所放宽，但是考虑到框架柱的构造要求，若在实际计算中轴压比大于0．90，柱配筋则可能比较大，所以与框架结构一样存在上述的建筑使用问题。

2.5异型柱框架剪力墙结构

这种结构形式派生于框架剪力墙结构形式，与墙同宽的异型柱解决了建筑平面使用问题。在抗震方面，异型柱主要承受竖向荷载，水平位移及层间位移大大减小，但是异形柱的肢长较短，所以当建筑物较高时，异形柱无法满足轴力和抗侧力的要求。以抗震为6度设防的地区为例，建筑物高于18.0m抗震等级即为三级，框架剪力墙结构的总高度要小于45.0米，柱中距要小于7.20米，这点比框架结构的60.0米上限的要求严格。

2.6短肢剪力墙结构

这种结构形式的特点是根据建筑物平面布置的要求而在其凹凸转角处布置各种形式的短墙肢，主要有“一型、Y型、+型、T型、Z型、Y型”等各种形式。在使用这种结构形式时，结构布置极其灵活，可以将管道井、电梯间和楼梯间等部位四个侧面的剪力墙均布置短肢剪力墙，也可以根据需要布置一些长肢墙，所以基本上能满足建筑物的使用布置和竖向受力要求。不过由于短肢剪力墙在抗震性能方面较弱，而且在地震区应用的经验也不多，所以为了安全起见，在抗震方面，对这种结构设计的使用范围、抗震等级、最大适用高度、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率等方面都有较严格的规定限制。目前的短肢剪力墙体系小高层建筑由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室，基础则采用桩筏基础，对桩基础进行合理选型，将对整个地下室设计的经济性产生重要影响。

3小高层结构设计的总体指标控制

3.1总体信息的设置与控制。

电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。总体信息的设置对这几组电算限值的影响是十分明显的。因此，合理设置总体信息的数值，才能正确地判别结构体系及构件截面尺寸是否可行。譬如说建筑物刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，就会造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，又会影响建筑物的使用。这里以小高层住宅常用的剪力墙结构设计为例，有以下几组数值值得注意：

（1）抗震设计时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于 15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的 9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的 90%。

（2）计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减，当非承重墙体为填充砖墙时，剪力墙结构可取 0.9 ～ 1.0，框架剪力墙结构可取 0.7 ～ 0.8。

（3）在内力与位移计算中，抗震设计的框架剪力墙结构和剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，节减系数不宜小于 0.5。

（4）楼层层间最大位移与层高之比的限值 u/h 不宜小于1/1000 且第一自振周期为平动周期，周期大小约为层数的 0.06～ 0.08 倍之间。

3.2 高层结构的平面及竖向布置。

在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单，规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。竖向体形宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。

（1） 结构平面布置应减小扭转的影响，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是A 级高度高层建筑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。

（2） 当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。楼面凹入或开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的 30%；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于 5m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于 2m。

（3）高层建筑结构伸缩缝的最大间距现浇框架结构为 55m，现浇剪力墙结构为 45m。

（4）抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的 70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的 80%。

3.3 高层建筑的基础设计。

高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量的沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求。还应注意与相邻建筑物的影响，避免因基坑降水而影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等的正常使用与安全。常用的高层建筑基础类型有筏形基础，箱形基础，桩基础等。笔者所在地区的浅层土体承载力较低，持力层埋深一般大于 25m，较多选用预应力钢筋混凝土预制桩基础。桩基承台可选用：柱下单独承台、双向交叉梁、筏板承台、箱型承台。目前的剪力墙体系小高层由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。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。

3.4 剪力墙结构的设计。

抗震设计的剪力墙结构中，剪力墙应沿主轴或其他方向双向布置，避免单向有墙的结构布置形式。剪力墙布置必须均匀合理，自下到上连续布置，避免刚度突变，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且X，Y两向刚重比接近。

（1）在结构布置上应避免一字形剪力墙和短肢剪力墙，若出现则尽量布置成长墙（h/w>8）。短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为 5 ～ 8 的剪力墙，一般的剪力墙是指墙肢截面高厚比大于 8 的剪力墙。短肢墙的厚度不应小于 200mm，7、8 度抗震设计时，宜设置翼缘。

（2）剪力墙墙体配筋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配筋率即可，即一、二、三级抗震设计时均不应小于0.25%，四级抗震设计和非抗震设计时不应小于 0.20%，双排钢筋之间采用φ6@600 600 拉筋。

（3） 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按《高层建筑混凝土结构技术规程》第 7.2.16 条设置约束边缘构件；其余剪力墙应按第 7.2.17 条设置构造边缘构件即可。由于规范中已有十分详细的规定，这里不再重复了。

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【关键字】异形柱框架结构；短肢剪力墙；结构特点；概述

1. 引言：

随着社会经济的日益繁荣昌盛，高层住宅发展较为迅速，设计思路也在不断的推陈出新，尤其是近些年来人们对房屋的平面和空间布置的要求条件越来越高，从而对高层住宅的建筑布局也就有了新的规划和设计，普通的框架结构（比如，露梁露柱）已经很难被房屋的使用者所接受，因为它不但影响到室内家具的摆放，而且对屋内空间没有达到有效的利用，因此，建筑工程师要根据以上问题来探索一种无论是在安全性、适用性还是在经济性都能达到一个良好效果的结构形式。比如异形柱框架结构、中高层砖墙与混凝土剪力墙组合砌体结构、短肢剪力墙结构等已经陆续进入相应的应用阶段。

2. 异形柱框架结构

2.1 异形柱框架结构的概述

异形柱框架结构体系是指异形柱截面采用的图形是“L”形“T”形“Z”以及十字形，并不是常用的矩形、圆形、肢宽与填充墙厚度相等，而是要保证异形柱截面的肢长和肢宽的比要小于4的柱和相应梁组成的框架。此种框架结构一般在室内没有柱棱，并且墙体厚度也比较薄，这样一来，我们不但可以有效的利用房屋使用面积，而且还可以采用相对比较轻质的墙体材料进行墙的填充，减轻了结构的自身重量，同时还使得建筑物的热工性能得到很好的改善。

2.2 异形柱框架结构的特点及相关规定

因为异形柱框架结构是一种总抗侧力刚度比较弱的一种结构体系，因此我们在抗震设计、截面设计以及节点设计要更加的严格一些。

（1）适用高度

由于异形柱框架结构从竖向来看整体结构比较轻柔，因此相对于矩形柱框架结构设计来说，其房屋的最大高度要有较大幅度的降低。

（2）柱的截面计算

异形柱截面其本身是一个双向偏压的构件，因此我国对其正截面承载力的研究一般采用数值积分法，此种方法在科学研究领域应用比较广泛，在实际的软件开发领域由于其求解效率太低，计算时间过长，而使得其没有得到广泛的运用。在实际的操作中，我们一般采用：第一种方法：有限元法，即利用现有的有限元计算程序来求出各柱单元的内力，然后在根据相关的的规范制度来进行配筋的计算。该方法在计算精确度和计算模型上可靠性还是比较高的，但是美中不足的是，在数据准备的过程中耗时比较长，并且还要求设计人员必须有一定的有限元知识功底来做保障。第二种方法：近似等效截面法，即在计算的过程中，根据等惯性矩原则，将异形柱的截面等效成矩形柱截面，然后再通过计算机程序进行相应的计算，求出柱的内力，在运用矩形柱的内力与对应位置的异形柱之和，求出异形柱的配筋数。此种方法虽然在时间上没有很大的耗费，但是其计算的精确度比较低。

（3）构造要求

①柱截面肢宽：为了防止在荷载作用下，由于粘结的强度不够而出现破坏的风险，因此，我们在柱截面肢宽的设计上不宜过小，一般情况下，柱肢宽度与墙的厚度是等同的，且以不小于200毫米为宜，柱肢长度为550～600毫米，最长不能超过800毫米。

②材料要求：为了提高异形柱框架的抗震等级，减少结构的侧移，在材料的要求上，我们应该采用现浇框架，并将现浇楼面优先采用。此外，对混凝土的钢筋强度要求也是比较严格。

③轴压比控制：为应对当前混凝土的严格规范要求，我们在设计思路上应尽量降低建筑物本身的重量，一般情况下，我们可以将建筑物的平均重量控制在9.0KN/m?比较合适。在此还应该着重强调的是，在建筑物的长度比较长，而没有设置伸缩缝的情况下，我们应该对适当的加强混凝土钢筋的强度等级，减少分布筋的间距，进而提高其抗裂性能。

3. 短肢剪力墙结构

3.1 短肢剪力墙的概述

短肢剪力墙是指墙肢截面高度和厚度之比为5～8的剪力墙。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关规定，在高层住宅建筑结构中不宜完全采用短肢剪力墙的结构，当设置的短肢剪力墙比较多时，我们应该布置筒体或者一般剪力墙，进而运用短肢剪力墙和筒体来进行水平力剪力墙结构的防范。

3.2 短肢剪力墙的结构特点

近几年来随着短肢剪力墙的兴起，对减轻建筑物结构的本身重量又有了很大的进步，并且应用也比较广泛。短肢剪力墙是剪力墙结构体系的其中一种，其与剪力墙不同的是，在剪力墙肢的选择上是有所差别的，短肢剪力墙采用的是比较短的墙肢，并且采用的常用图形为“L”字形、“T”字形、“Z”字形、十字形、折线形以及一字形等等。

3.3 短肢剪力墙的抗震薄弱环节和概念设计

首先，为了最大限度的减少扭转效应，在短肢剪力墙的分布问题上我们应该力求达到均匀分布，保证刚度中心和建筑物质心的接近。还有至于在剪力墙数量和肢长长度的确定问题上我们应该根据抗侧力的需求来加以确定。

其次，与普通的剪力墙结构相比较而言，短肢剪力墙的抗侧刚度还是比较薄弱的，因此，高层建筑上不应该采取全部为短肢剪力墙的结构体系，在设计时，我们应该布置筒体（比如，我们可以利用电梯与楼梯间形成刚度较大的内筒），进而运用短肢剪力墙和筒体来进行水平力剪力墙结构的抵抗，防止建筑结构出现较大的变形。

第三，在短肢剪力墙的配筋加强问题上，我们应该将墙肢截面的轴压比控制在小于等于0.6，主要目的是为了提高墙肢的承载能力和延性。此外，在连接各墙肢间的梁我们应该采用不同于一般剪力墙的连梁，并且为保证连梁不被破坏，我们要对连梁进行“强剪弱弯”的验算。

最后，为了提高短肢剪力墙的承载能力和抗变形能力，我们需要将短肢剪力墙的混凝土强度等级设置在大于等于C25。对于短肢剪力墙的剪力设计值，应该将底部加强部和其他各层都作出相应的调整，并根据抗震等级的不同分别乘以相应的系数，主要目的是为了防止短肢剪力墙过早的被剪坏。

4 结束语

总之，虽然异形柱框架结构和短肢剪力墙结构在现实生活中都得到了广泛的运用，但是，由于其本身各自有其独特的结构局限性，目前仍需要我们对其进一步的改善和提高，希望在我们的努力探索下，能够给社会带来更多的优异的产品。

参考文献

[1].钢筋混凝土框架异形柱设计理论研究[D].大连理工大学,2002

[2]杨利,席艳.高层建筑结构设计[J].城市建设理论研究，2011年

[3]程全丰.钢筋混凝土框架结构设计的几个问题分析[J].今日科苑,2008

[4]黄志雄,刘少辉.工业建筑结构设计中的问题分析[J].四川建设.2007年

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关键词:高层住宅；剪力墙；结构布置；优化设计

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

剪力墙作为一种新型的结构体系，具有结构刚度大、整体性好、用钢量少和施工方便等优点，能够承担各类荷载引起的内力，且可以有效控制结构的水平力，目前剪力墙结构在高层住宅建筑中有着广泛的应用及推广。但剪力墙结构属于复杂高层建筑结构，其抗震性能与普通高层结构相比更为不利，若设计人员没有做好住宅建筑剪力墙结构的设计工作，很可能影响到剪力墙整体性能的发挥，甚至影响到住宅建筑的质量安全。因此，建设单位必须清晰认识到剪力墙结构设计的重要性，通过探讨剪力墙结构的设计工作，采取必要的防震措施，并在确保安全的基础上对剪力墙结构进行优化设计，从而有效提高住宅建筑的抗震性能及经济性。

1 工程概况

某高层剪力墙住宅抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，建筑物场地类别为III类场地，场地特征周期为0.45s，设防类别为标准设防类。本工程为地下1层，地上18层的带错层高层剪力墙结构住宅，建筑总长度为30.6m，总宽度为15.2m，屋面高度为54.0m，室内外高差0.3m，高宽比约为3.6，长宽比约为2.0，非错层部位层高3.0m，错层部位层高为4.5m，在高度方向将3个3.0m设计成2层，每隔3层(9m)，有一个平层，平层处楼板是拉通的。错层部分所占平面比例约为35%，标准层平面和剖面图见图1。

图1 楼层错层平面及剖面

2 结构布置

从图1a可以看出，本工程建筑平面布置基本对称和规则的，因此结构的平面布置也是基本对称的，是规则的，这样就避免了引起较大的扭转效应，同时，为了减少竖向抗侧力结构的不规则程度和错层对剪力墙的不利影响，与建筑专业充分协调，尽量避免在受力复杂的错层处的剪力墙上开洞。另外，从图1b可以看出，本工程每隔3层(错层)有一平层，平层楼板相连通，这些平层加强了各竖向抗侧力结构构件之间的联系，协调了非错层及错层竖向构件的差异变形，作用非常重要。鉴于此，对平层的构造措施进行了加强，使其更有效地传递地震产生的剪切作用力。

3 分析结果论述

根据JGJ3―2010第10.1.1条规定，错层剪力墙结构属于复杂高层建筑结构。JGJ3―2010第5.1.12条规定，应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力分析计算，所以除了用SATWE计算外，还采用了MIDAS和ETABS两种软件对本结构进行整体内力分析，并对三种不同软件的计算结果进行了对比分析。

运用SATWE分析时，错开的楼层均各自参加结构整体计算，故结构建模时按每个错开楼层进行建模。选取计算参数时，结构体系采用复杂高层结构，考虑平扭耦连计算结构的扭转效应，并考虑偶然偏心。根据JGJ3―2010第3.9.3条的规定，设防烈度为7度，房屋高度不大于60m的一般剪力墙结构，其剪力墙抗震等级应为三级。

3.1 周期及剪重比

根据JGJ3―2010第3.4.5条的要求，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，A级高度高层建筑不应大于0.9。B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及JGJ3―2010第10章所指的复杂高层建筑(含错层结构)不应大于0.85。为了控制结构的在地震作用下的扭转效应，侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的相对关系，因此JGJ3―2010用周期比来反映整体结构的抗扭能力，三种不同分析软件计算所得的周期及周期比见表1。

表1 周期比

由表1可以看出，对于错层剪力墙结构，三种软件计算的周期值稍有差异，第一扭转周期和第一平动周期的比值相差很小。计算时应该注意，必须在强制刚性楼板假定下进行计算，这样才能消除错层结构中的局部振动。

3.2 结构平面不规则验算

根据JGJ3―2010第3.4.5条的要求，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，A级高度高层建筑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。B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及JGJ3―2010第10章所指的复杂高层建筑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1.4倍。位移比反映的是结构平面布置的规则性，其目的也是限制结构的扭转效应，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。由于本工程为错层结构，输出的计算结果是每个结构层的位移比，也包括错层部位，这种结果是不准确的，根据相关资料，可以采用按实际层考虑错层结构中的位移比及层间位移角的方法，即某一竖向构件以有水平构件(有楼板相连)为准设为一实际层，通过选用位移详细输出，每层每个点的位移均能输出。由于最大位移往往发生在建筑物的四角，所以可以取建筑物四角的实际层的位移差来计算最大层间位移比和层间位移角，取楼层的两个角点计算位移的平均值，并在此基础上计算位移比及层间位移角，最大水平位移也可取建筑物四角的位移值，以此来计算最大水平位移比，从而解决位移比问题。图2为三种分析软件计算所得的位移角曲线对比。

a―X向；b―Y向

1―SATWE结果；2―ETABS结果；3―MIDAS结果

图2 X、Y向位移角

从图2的位移曲线对比图可以看出，本工程虽然有错层的存在，但整体变形曲线与一般剪力墙结构的变形曲线形状大体一致，没有明显的变形突变。

3.3 楼层薄弱层验算

根据JGJ3―2010第3.5.3条规定，A级高度高层建筑楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%。根据程序的计算结果，层间受剪承载力满足规范的要求，即没有薄弱层。

从图3所示的楼层地震剪力曲线可以看出，与一般剪力墙结构一样，从下到上是逐层递减的，没有明显的剪力突变，曲线大致光滑。

a―X向；b―Y向

1―SATWE结果；2―ETABS结果；3―MIDAS结果

图3 X、Y向楼层剪力

3.4 弹性时程分析

根据JGJ3―2010第5.1.13条的规定，复杂高层应采用弹性时程分析法进行补充计算。时程分析选波时:应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组实际地震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其中天然波TH3TG065，特征周期0.65s，有效峰值加速度35cm/s2，持续时间40s；人工波RH2TG055，特征周期0.55s，有效峰值加速度35cm/s2，持续时间40s；天然波TH3TG045，特征周期0.45s，有效峰值加速度35cm/s2，持续时间30s，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，且弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65%，多条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%。

4 优化设计

经过对三种不同分析软件计算结果的对比分析，对施工图进行了如下优化设计:

1)抗震等级的合理选取:非错层部位框架梁的抗震等级采用三级，错层处的框架梁的抗震等级提高一级按二级采用，并适当加强纵筋和箍筋的配筋量。错层处剪力墙抗震等级提高一级按二级采用，剪力墙厚度为250mm，设置约束边缘构件，水平和竖向分布筋配筋率均不小于0.5%，其他非错层部位剪力墙抗震等级按三级采用，剪力墙厚度均为200mm，加强区设置约束边缘构件，非加强区设置构造边缘构件，水平和竖向分布筋配筋率均不小于0.3%，这样避免了全都采用二级梁和剪力墙带来的浪费。

2)考虑到错层部位的结构楼板受力较复杂，且易产生应力集中，本工程楼板厚度适当加强。楼板厚度除一层嵌固端为180mm厚外，其余各层楼板板厚最小取120mm(个别跨度较大的楼板厚度按实际需要)，错层范围内的楼板采用双层双向配筋，错层部位每个方向单层钢筋的配筋率不小于0.25%，如图4所示。

3)平层处的楼板采用除适当加厚处理外，还增加部分通长钢筋的方法进行适当加强，在保证满足规范和安全的前提下，最大限度的降低工程造价，达到经济合理的目标。

注:－－－表示抗震等级为二级的错层处剪力墙。

图4 典型平面配筋

5 结语

通过分析住宅建筑剪力墙结构设计工作，笔者得出了以下几点建议：①剪力墙结构具有结构复杂；抗震性能差和受力复杂等特点，在设计过程中应采用平面布置规则的结构体系，以减少扭转效应；②平层楼板课通过加厚楼板厚度、加强配筋来促进平层楼板在各竖向抗侧力结构间的联系，加强抗震的有效传递；③在进行结构分析时，应采用不同力学模型的软件分别计算，并根据规范的要求采用弹性时程分析法进行补充计算，从而更好的保证结构在地震作用下的安全性和可靠性；④本工程在满足建筑功能和安全的前提下，最大限度的降低了工程造价，受到业主及参建方的一致好评。

参考文献

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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 文章编号：

一、高层建筑剪力墙结构的概念设计

高层建筑结构同时承受垂直和水平荷载，还要抵抗地震作用，在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，通常可以忽略；而在高层建筑中，水平荷载和地震力的作用将成为高层建筑剪力墙的控制因素。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

我们在设计时，一定要采用合理科学的设计方法，还要考虑到多方面的因素，统一规划协调，才能得到好的设计效果。对于建筑物中的关键部分一定要反复的审查，看其是否合理，只有将关键的构件建好，才会使建筑物在根本上具有很好的抗震能力。

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)

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关键字：高层住宅；结构设计；技术性

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

高层住宅的工程质量直接关系着人们的生命安全，而影响高层住宅工程质量的因素主要是设计质量及施工质量。其中高层住宅结构设计又直接的影响着建筑之后的安全性、舒适性、经济性及合理性。如何设计出更安全更合理经济的高层建筑备受关注。如今对高层建筑的设计主要是通过设计好的平面及竖直方向布置，设定出结构构件的规格然后通过电脑计算出最终结果。但如果在过程中标注存在不合理不完善的地方，将会对整体的高层住宅建筑埋下不安全的因素，造成大量资源浪费，甚至让人身安全不能得到保障。分析高层住宅结构设计中的技术性问题，明白其原则及特点，才可以更好的为人民服务。

一、高层住宅结构设计的特点

（一）容积率高

高层住宅有着极高的容积率，可以缓解人口住宅压力，相对单层或低层住房来言，高层住宅的容积率达到了单层或低层住宅容积率的几十或百倍以上的容积率。

（二）节省性强

高层住宅结构设计，可以节省城市的土地使用面积，有助于城市景观的改造，让人们在更好的环境下生活。

（三）荷载量大

高层住宅因为层较多，其使用的钢材也较多。因此高层住宅结构受到的自重或风力或地震等竖直和水平方向上的荷载量较大。加上其地基和基础设计尤为复杂，基础上的荷载也是很大。

二、高层住宅结构设计的原则

（一）安全性及耐久性原则

高层住宅结构设计必须遵行安全性原则，安全第一，高层住宅的安全与否关系着众多人的生命问题，在高层住宅结构设计中，要将安全性原则放在首位。高层建筑的结构设计也要遵循耐久性的原则，在选择结构体系及建筑材料的时候，要严格把关，保证建筑耐久性。

（二）舒适性原则

因为是住宅设计，所以要在结构设计的时候，充分的营造适宜居住的结构，要符合舒适性原则，满足住户的要求，如室内采光、温度、隔音效果和户型规模等问题。在结构设计的时候还要将居住者是否进行空间分割的问题考虑在内，在设计剪力墙的问题上，要尽可能的采用大开间进行布置。

（三）经济性原则

在进行高层住宅设计之前，要充分的掌握施工地点的特性，在保证建筑安全性、耐久性和舒适性原则之后，要选择最为合适的最为经济的构造设计。因为设计方案所带来的成本将会直接的影响到房屋的造价问题，所以要在设计高层住宅结构的时候，在保证质量的前提下，采用经济型设计方案。

三、高层住宅结构设计的技术性分析

（一）在对于高层住宅建筑在结构经济性、刚性、及整体稳定性和承受能力等问题上，有着一个宏观的综合限值。一般是在高层建筑结构的高宽比例中提出限值的大小。限值是可以突破的，在满足了刚重比、剪重比和层间位移等要求之下，高宽的比例是可以突破限值的限定。但因为高宽比的增加，会造成建筑在结构层次水平方向中增加了诸如剪力墙等抗侧力构件，这样就会出现两侧构件上出现了不平衡的抗侧力，从而增加了结构的造价，并对结构整体的性能、结构的基础刚性要求变得更高。

（二）针对建筑平面采用呈线型的结构的高层住宅，因为长度增大，将会造成两端主轴方向侧向刚度出现不同，甚至会有较大的差异。当建筑位置位于风力较大的地点，建筑受到的风力荷载加大，为了满足位移的要求就需要在横向上增加剪力墙，增加剪力墙也使得主轴方向的刚度差异扩大。为了解决这种问题，要在进行设计的时候，就要控制好两个主轴方向在振动周期比上小于0.8.

（三）如今出现了很多的高层住宅建筑可以进行商住两用，在设计此类建筑结构的时候，底层的层高会比较高，而在二楼及其以上层则会比较低，这样的设计结构，很容易导致在建筑底层出现软弱层。存在软弱层的建筑抗震性能十分的差。面对这种问题，在结构设计的技术上，就要采用好措施，大幅度的增加底层结构的刚度，并保证底层的刚度大于上一层刚度的百分之七十。如果底层刚度大于上层刚度的两倍或超过两倍时，再采取抗力构件增加的方式来增加底层的刚度是十分困难的，这时候则需要加大底层抗侧力构建的厚度或宽度，或增加二层楼板的刚度来避免出现软弱层的现象。

（四）在高层住宅设计技术中，要防止产生拉托效应。一般来说，在梁和剪力墙属于垂直配置的情况下，梁的端部是可以进行铰接的方式进行处理，而支座处钢筋则需要按照构造的要求进行合理配置。当顶部钢筋水平端长度不满足设计时，可以在支座的剪力墙中设置小角钢或焊短钢筋等方式，以机械操作方式来增加连接的强度，避免拉托效应的存在。

（五）跃层住宅的结构设计在技术问题上要注意建筑整体的稳定性，因为一般的跃层住宅建筑在设计中没有楼板，采用挑空楼层的方式。没有楼板的存在就将对整体的结构稳定性造成了一定的影响。所以要在结构设计的技术中注意按照构造的特点，增加剪力墙厚度以达到稳定整体的作用。

（六）在一些高层住宅设计结构中技术上采用的是全部剪力墙的方式，相对的就加大了柱子的荷载量。因为纯剪力墙结构隔层才存在楼板，加上阳台等其他自重都会增加柱子的承载力，所以要在结构设计技术时要注意加强柱子的延性，提高柱子本身在水平方向上的抗剪能力，也可以在柱子之中设置芯柱或型钢，或提高纵向钢筋配筋率也可以提高柱子延性。

（七）在进行复式高层住宅设计时，要注意加大楼板的厚度并加大楼板的配筋率，因为复式住宅中，很多客厅顶部经常会出现开洞的现象，加上楼梯或其他的开洞面积，会让整个楼板的开洞面积很大，增加楼板厚度或配筋率有利于维护整体建筑的稳定。

四、高层住宅结构设计技术性优化

（一）剪力墙的技术优化

设计剪力墙的关键在于连接设计，对剪力墙的技术优化，可以提高建筑的抗震作用，保证建筑安全。在满足结构的刚度后，要从经济和抗力等因素全面综合的考虑，然后进行对抗侧力的布置，对抗侧力的布置不能纯碎的增加剪力墙的数量。剪力墙配置要遵循着均匀的原则，分布在周边，并根据水平位移的限值，尽量的保证最低量的剪力墙。

（二）结构耐久性技术优化

高层建筑的设计应该能在使用的期限内满足居住用户的要求，如果实际建筑没有达到设计寿命，则主要因素为设计结构中建筑结构问题，建筑结构的不合理会降低房屋的可靠性和使用寿命，所以在高层住宅建筑结构设计时，要充分的优化设计，让整体建筑结构符合要求，达到设计效果。

（三）结构设计中抗震性能的技术优化

在进行图纸设计的时候，要根据抗震标准进行设计，高层住宅的振型数不可低于8，尤其是建筑的结构层数越多，就需要增加其建筑刚度，就需要更高标准的振型数，让建筑拥有更好的抗震性能。

五、结语

根据我国的基本国情，高层住宅已经成为了一种发展趋势，在进行高层住宅结构设计时，需要遵循其设计的原则，分析结构设计中出现的技术性问题，并对技术进行优化，最终打造出高质量、低成本、舒适型的宜居高层住宅区，满足人们的需要，造福于人民。

参考文献：

[1] 徐良贤,田力.高层住宅结构设计的技术性探讨[J].中华民居,2011,(10):180-181.

[2] 唐瑛,曾扬.高层住宅结构设计的技术性探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2012,(11).

[3] 王红玉,方晓标.高层住宅结构设计中的问题与对策[J].城市建设理论研究（电子版）,2012,(11).

篇9

关键词:住宅建筑；结构设计；SATWE软件；抗震性能

中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：

随着我国社会经济建设的快速发展，城市化进程不断加快，城镇人口日益增加，致使城市住房建设用地较为紧张，超高层住宅建筑的建设也日益增加。目前，超高层住宅建筑内部结构设计方面的变化愈加明显，许多新兴的结构设计方案逐渐被超高层住宅建筑工程所采用。同时住宅建筑结构类型与使用功能越来越复杂，结构体系日趋多样化，对住宅建筑结构设计工作的要求也不断提高。在超高层建筑建设过程中，部分建筑的结构设计环节并不是十分合理，加上工程设计人员容易出现一些概念性的错误，给建筑的质量安全和使用带来了一定的安全隐患。因此，如何提高超高层住宅建筑结构设计水平，就成为了工程设计人员面临的一项难题。

1 工程概况

某高层住宅建筑面积为29000.4m2，地下1层，地上43层，大屋面高度138.02m。本工程结构体系采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构，120m＜高度＜150m，属于B级高度建筑，楼盖为现浇钢筋砼梁板体系。

建筑抗震设防类别为标准设防类(丙类)，结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。所在地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为0.55s，地震影响系数最大值采用0.08，上部结构阻尼比0.05。建筑类别调整后用于抗震验算的烈度为7度，用于确定抗震等级的烈度为7度，剪力墙抗震等级为一级。

2 基础设计

本工程的基础设计等级为甲级，主楼基础采用冲钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为C35，桩直径为1100mm，单桩竖向承载力特征值为8000kN；桩端持力层中风化凝灰岩(11)层，桩身全断面进入持力层≥1100mm，桩长约50m。桩基全面施工前应进行试打桩及静载试验工作，以确定桩基施工的控制条件和桩竖向抗压承载力特征值。

承台按抗冲切、剪切计算厚度为2700mm，承台面标高为－5.200，基础埋置深度为7.7m(从室外地面起算)。

3 上部结构设计

3.1 超限情况的认定

参照建设部建质［2006］220号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一“超限高层建筑工程主要范围的参照简表”，结合本工程实际逐条判别，将存在超限的情况汇总如下。

(1)附表一，房屋高度方面

设防烈度为7度，剪力墙结构，总高度138.05m＞［120m］，超限。

(2)同时具有附表二所列三项及三项以上不规则的高层建筑(因篇幅所限，本文不再详细列出)。

第一项．扭转不规则:考虑偶然偏心的扭转位移比＞1.2但＜1.3，虽然本条超限，但仅此一项。所以本工程不属于附表二所列的超限高层。

(3)具有附表三某一项不规则的高层建筑工程。根据SATWE计算结果分析、判别，本工程亦不属于表三所列的超限高层。

综上所述，本工程只属于高度超限的超高层建筑。

3.2 上部结构计算分析及结构设计

本工程为剪力墙结构，120m＜高度＜150m，属于B级高度建筑，按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3－2002)(以下简称高规)5.1.13条规定:

(1)应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算。

(2)应采用弹性时程分析法进行整体补充计算。

根据《高规》要求，本工程采用的时程分析计算程序为PKPM系列的SATWE软件，并采用PMSAP软件进行对比分析。

本工程属于纯剪结构，作为抗侧力构件的剪力墙，选用正确的结构分析程序尤为重要。SATWE对剪力墙采用墙元模型来分析其受力状态，这种模型的计算精度比薄壁柱单元高，所以我省大多数工程的结构计算都选用SATWE程序。实际上就有限元理论目前的发展水平来看，用壳元来模拟剪力墙的受力状态是比较切合实际的，因为壳元和剪力墙一样，既有平面内刚度，又有平面外刚度。实际工程中的剪力墙几何尺寸、洞口大小及其空间位置等都有较大的随意性。为了降低剪力墙的几何描述和壳元单元划分的难度，SATWE借鉴了SAP84的墙元概念，在四节点等参平面壳元的基础上，采用静力凝聚原理构造了一种通用墙元，减少了部分剪力墙因墙元细分而增加的内部自由度和数据处理量，虽然提高了分析效率，却影响了剪力墙的分析精度。此外，从理论上讲，如果对楼板采用平面板元或壳元来模拟其真实的受力状态和刚度，对结构整体计算分析比较精确，但是这样处理会增加许多计算工作。在实际工程结构分析中，多采用“楼板平面内无限刚”假定，以达到减少自由度，简化结构分析的目的，这对于某些工程可能导致较大的计算误差。SATWE对于楼板采用了以下几种假定:(1)楼板平面内无限刚；(2)楼板分块平面内无限刚；(3)楼板分块平面内无限刚，并带有弹性连接板；(4)楼板为弹性连接板。对弹性楼板实际上是以PMCAD前处理数据中的一个房间的楼板作为一个超单元，内部自由度被凝聚了，计算结果具有一定的近似性，某种程度上影响了分析精度。根据高规要求，本工程应采用两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算，由于PMSAP对剪力墙和楼板都采用了比较精确的有限元分析，单元模型更接近结构的真实受力状态，虽然数据处理量大大增加，但其分析精度却比SATWE高。用PMSAP软件对SATWE程序的计算结果进行分析、校核，是比较可信的。

SATWE和PMSAP两个程序均采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，弹性时程分析法计算结果作为振型分解反应谱法的补充。

程分析主要结果汇总如下:

表1 结构模态信息

表2 地震荷载(反应谱法)和风荷载下计算得到的结构最大响应

多遇地震时弹性时程分析所取的地面运动加速度时程的最大值为35cm/s2。针对报告中提供的实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，根据08版抗震规范要求，本工程选择了两条天然波和一条人工波。这三条波的时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算结果的65%，且三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值亦大于振型分解反应谱法(以下简称CQC)计算结果的80%。由此可见本工程选择的地震波是满足规范及设计要求的。

SATWE和PMSAP时程分析的楼层剪力曲线如(图1、图2)所示。

图1 SATWE时程分析楼层剪力图

图2 PMSAP时程分析楼层剪力图

比较上图振型分解反应谱法(CQC)计算的楼层剪力曲线图，在大部分楼层基本能包络时程分析曲线，仅电算34层以上CQC法计算楼层剪力略小于时程分析的结果。由此可见振型分解反应谱法用于本工程的抗震分析是安全可靠的。设计中仍以振型分解反应谱法计算结果为主，并将34层以上部分指定为薄弱层，该部分楼层地震剪力予以放大。这一方案也得到了本工程超限高层审查与会专家的认可。

比较PMSAP和SATWE计算出的基底剪力非常接近，其余参数如周期、结构的总质量、地震荷载和风荷载下计算得到的结构最大响应位移、地震下的剪重比等都比较接近，说明用这两个程序做计算分析是可以互相校核的。

3 抗震性能设计

本工程综合考虑设防烈度，场地条件，房屋高度，不规则的部位和程度等因素，本工程只属于高度超限的超高层建筑，且高度只超过A级而未超过B级，故将本工程预期抗震性能目标定位在“D”级，即为小震下满足性能水准1的要求，中震满足性能水准4的要求，大震下满足性能水准5的要求。

普通的高层结构抗震设计基于小振弹性设计，对于本超高层结构作为主要承重构件的剪力墙，尤其是底部加强区需要提高其抗震承载能力。根据抗震概念设计“强柱弱梁、强剪弱弯”的要求，剪力墙也需要有更高的抗震安全储备，所以本工程剪力墙底部加强区采用中震设计。具体措施如下:

(1)根据安评报告中震设计的地震影响系数最大值采用0.23，不考虑与抗震等级有关的内力增大系数(即剪力墙抗震等级定为四级)，不计入风荷载的组合效应。

(2)抗剪验算按中震弹性设计，考虑重力荷载与地震作用组合的分项系数，材料强度取设计值，考虑抗震承载力调整系数。计算结果作为剪力墙底部加强区水平筋的配筋依据。

(3)抗弯验算按中震不屈服设计，不考虑重力荷载与地震作用组合的分项系数，材料强度取标准值，不考虑抗震承载力调整系数。计算结果作为剪力墙底部加强区约束边缘构件竖向钢筋的配筋依据。

本工程通过对关键构件剪力墙底部加强区进行中震设计，即抗弯承载力按中震不屈服复核，抗剪承载力按中震弹性复核，结构能满足性能水准1、4的要求，预估结构在大震作用下能满足性能水准5的要求。各性能水准目标具体描述如下:

性能水准1:结构在遭受多遇地震后完好，无损伤，一般不需修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。

性能水准4:遭受设防烈度地震后结构的重要部位构件轻微损坏，出现轻微裂缝，其他部位普通构件及耗能构件发生中等损害。

性能水准5:结构在预估的罕遇地震下发生比较严重的损坏，耗能构件及部分普通构件损坏比较严重，关键构件中等损坏，有明显裂缝，结构需要排险大修。

4 结论

通过工程实例分析超高层住宅建筑结构设计工作，可以得出以下几点结论：①PMSAP和SATWE计算结果的比较表明了SATWE计算结果进行结构设计是基本可靠的；②采用合理的方法对部分楼层剪力进行了调整，能够有效确保工程抗震分析安全、可靠；③对剪力墙底部加强区采用中震设计，能够满足住宅建筑的抗震需要。

参考文献

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关键词：高层建筑；转换层；上部结构；框支柱设计

1 项目概述

某高层商业住宅楼，采用框支剪力墙结构，地下1层，地上33层，建筑高度为99.70m。地下室作为停车库，1～3层为商场；第4层为设备转换层；5层及以上为住宅楼。当地抗震设防烈度为7度，场地土为类Ⅱ；按100年重现期计算的基本风压值0.35kN/，地面粗糙度C类。

2 上部结构设计

2.1抗震等级的确定

根据建筑平面使用功能要求，采用框支剪力墙结构形式。转换形式为梁式转换，转换梁板位于4层顶，为高位转换层建筑。抗震等级为框支框架一级，剪力墙底部加强部位一级，剪力墙非底部加强部位三级。建筑结构安全等级二级； 设计基准期50年；结构设计使用年限50年。框支柱和剪力墙混凝土强度等级为：地下2层～8层C55，8层～34层由C50递减至C30。

2.2 上部与下部结构的调整

本工程的结构设计特点在于根据建筑功能要求设置的设备层层高仅为3m，使得转换层的侧向刚度均较大于相邻以下三层和相邻上层的侧向刚度，从而在结构计算分析中需解决以下问题：

（1）如何使高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比满足《高规》附录E的要求；

（2）一层～三层的各层侧刚度比（本层侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值）需满足《高规》第5.1.14条规定；

（3）经计算分析，最大转换梁截面为1300x2500， 最小为1000x2000，形成框支柱的剪跨比小于1.5。根据《高规》第6.4.2条注3，剪跨比小于1.5的柱，其轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施。

由于本工程的一层～三层作为商场，业主要求尽可能的减少上部住宅的落地剪力墙数量，以保证使用空间，给结构设计增大难度。为保证主体结构竖向刚度均匀，使转换层上下刚度接近，避免刚度突变形成薄弱层并且满足《高规》附录E第E.0.2条和公式规定，抗震设计时等效侧向刚度比宜接近1.0且≤1.3。因此采取以下措施解决上述的问题，具体措施包括以下几个方面：

（1）转换层上部在剪力墙满足《高规》规定的各项控制参数前提下，尽量减少数量，增大结构洞口，降低连梁高度，以减少上部楼层的侧向刚度。

（2）与业主和建筑专业协商降低一～三层的层高，由原层高5.1m，4.2m，4.2m改为4.8m，3.9m，3.9m；以增大转换层下部各层的侧向刚度。

（3）增大转换层以下各层墙体厚度。转换层以下各层均按一层厚度取值为350～450mm厚，转换层减小为30mm厚，上部为200～250mm厚，避免刚度突变；在一～三层周边将部分砖墙改为剪力墙（新增，与上部剪力墙不对应）以提高剪力墙的数量并增大侧向刚度。

经调整后，转换层上、下刚度比均满足《高规》附录E的要求；一～三层的各层侧刚度比亦满足《高规》第5.1.14条规定。

2.3设备转换层的设置

为避免出现剪跨比小于1.5的框支柱，对设备转换层的设置提出多个结构方案进行比较：

设备转换层采用轻钢结构体系，在主体结构完成后再施工；不考虑该层参与主楼的整体计算分析。 则转换层的实际层高为6.9m。经计算分析，转换层的侧向高度在保证建筑功能要求的前提下无法满足 《高规》附录E第E.0.2条中 “当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层抗侧刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%”。

直接加高设备层层高为4.6m以满足框支柱剪跨比大于等于1.5。这样，建筑总高度大于100m，无法实现。

确定设备转换层层高为3m。对剪跨比小于1.5的框支柱采取特殊构造措施。这样，最终采用方案。

由于目前国内并没有对剪跨比小于1.5的框支柱进行专门研究的规范和资料，因此结构设计时采用几点措施来提高框支柱的抗震性能和延性：（1）轴压比限值降0.1， 对于一级抗震的框支柱取0.5；（2）框支柱截面中部设置芯柱；（3）在框支柱内增设交叉斜筋；（4）增大框支柱的配筋率和配箍率。

3 结构计算分析

通过采用SATWE和PMSAP两个不同力学模型的结构分析软件进行整体内力位移计算分析，计算时按结构不规则且同时考虑双向地震作用和平扭藕连计算结构的扭转效应。采用弹性时程分析法进行补充计算――根据建筑场地类别和设计地震分组选用了两组记录地震波和一组人工模拟地震波进行计算对比。

各项计算参数结果如下表所示：

（1）周期

则Tt/Tl=2.763/3.332=0.83

T1（第一平动） T2 T3（第一扭动） T4 T5

3.332 2.985 2.763 0.967 0.780

（2）位移

最大层间位移角均小于1.4。见表2

荷载工况 顶点位移（mm） 最大层间位移角

X向风荷载 18.3 1.10

Y向风荷载 29 1.06

X向地震 37.5 1.36

Y向地震 32.3 1.36

（3）转换层上下等效侧向刚度比γe：X向γe=0.42，Y向γe=0.40。

（4）X向刚重比EJd/GH2=3.25；Y向刚重比EJd/GH2=4.04

刚重大于1.4，能够通过《高规》第5.4.4条的整体稳定验算；

刚重比大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。

通过以上数据显示，计算结果正常，各项参数均满足《高规》条文要求，结构设计能达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。

4 框支柱设计

框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。

（1）该工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，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，全长加密，且配箍率不得小于1.5%。

（2）在工程中，个别框支柱还兼作剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率（C55混凝土）即为1.82%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配，底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加，因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。

5 结束语

综上所述，带转换层高层建筑结构设计不仅要尽可能地满足建筑的使用功能的要求，而且要使结构体系更加合理化，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，不断地提升住宅建筑结构的设计水平，从而满足建筑结构合理的使用要求。

参考文献