高層住宅結構設計模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇高層住宅結構設計，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

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。可以遵循以下原則。

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。現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

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一、工程概況

某住宅區由東、西兩區組成，總建筑面積約14.11萬m2，地上有6棟32～35層住宅，其中1#、2#樓1～2層為商業裙樓，3～32層為住宅，總高度97.8m；3#樓一層為架空層，2～32層為住宅，總高度97.6m；4#～6#樓1～35層均為住宅，總高度98.2m；地下2層，設置連通地下室作為車庫及設備用房使用，其中負2層有部分設有平戰結合的核6級、常6級防空地下室。

因本工程平面呈細腰型，腰部應力最集中，而在此處又布置了電梯井道和消防疏散樓梯，開洞較多，對樓板剛度削弱較嚴重，不利于抗震，是結構設計中值得高度重視的部位。框支剪力墻加落地筒體及部分落地剪力墻結構，屬A級高度復雜高層建筑結構。底部設計為規整的大跨度柱網，既可滿足地下室停車場和設備用房的使用要求，又為其上的商業裙樓提供了更大的空間。其中1#、2#樓在2層頂部設置結構轉換層，3#樓在1層頂部設置結構轉換層，轉換層以下為框支框架及部分落地剪力墻，轉換層以上為剪力墻結構；4#～6#樓為剪力墻結構。上部住宅采用剪力墻結構，其中剪力墻最小厚度200mm，轉換層以下剪力墻厚度400～ 700mm，框支柱最大截面800*2300mm，底部加強部位在六層以下，加強部位豎向抗側力構件采用C50混凝土。1#～6#樓均以地下室頂板作為嵌固端。

二、計算分析及參數選取

采用中國建研院編制的SATWE進行計算，計算參數為：抗震設防烈度為7度，建筑抗震設防類別為丙類，Ⅱ類場地土，基本風壓0.9KN/m2（承載力計算）及0.75 KN/m2（位移計算），框支框架和剪力墻抗震等級分別為一級和二級，計算中考慮雙向地震扭轉效應、模擬施工加載，取18個振型進行計算。

1、側向剛度計算方法的選取

A：剪切剛度法，即GKi=GiAi/Hi；B：剪彎剛度法，即 Ki=Δi/Hi；C：抗震規范條文說明建議方法（地震層間剪力與地震層間位移的比值），即 Ki=Vi/Δui。其中方法A適用于底層大開間結構；在計算高位轉換這類長細柱（墻）結構時，側向剛度宜采用方法B計算，以充分反映彎曲變形的影響；方法C適用于除A、B以外的規則建筑結構。

2、嵌固端選擇的合理性分析

地下室作為地下車庫使用，空間大間隔少，其頂板作為上部結構構件的嵌固端，應保證被嵌固構件在嵌固處不會發生平動位移和轉動位移。本工程地下室頂板覆土1m，且消防車道部分給予20KN/m2的活荷載，地下室頂板采用現澆梁板框架井字梁結構，主框架梁500*900（消防車道下部分500*110），次梁300*700mm；板厚200mm，混凝土強度等級C30，采用雙向拉通配筋，并滿足構造要求。結構側向剛度亦能滿足規范要求，因此嵌固端選擇在地下室頂板處是合理的。

3、結構自振周期

以3#樓為例，按框支結構經驗公式計算，T=（0.05～0.07）N=1.70～2.38s，自振周期值在經驗值范圍內，扭轉周期與平動周期Tt/T1=0.721

4、結構規則性

本工程采用的是豎向抗側力構件內力由水平轉換構件向下傳遞的形式，屬于豎向不規則結構，通過計算、內力調整及構造的方式調整，使其余各項均能滿足規范要求：結構在地震和風荷載作用下的層間最大位移轉角滿足規范要求；最大位移與樓層平均位移的比值滿足規范要求；側向剛度不小于相鄰上層的70%和相鄰3個樓層平均值的80%；腰部樓板通過構造措施避免尺寸和平面剛度的急劇變化。

三、轉換層的設計特點

本工程轉換結構構件為梁―柱體系，框支框架抗震等級取一級。框支剪力墻結構剪力墻底部加強部位的高度取六層以下，抗震等級為二級，軸壓比限值為0.6，在結構質量不變的情況下， 該部位不落地剪力墻往往不能滿足要求，需要特別加厚或加長，為避免轉換層上下結構側向剛度突變，加大落地剪力墻和底部核心筒剪力墻厚度，提高底部豎向構件混凝土強度等級。結合樓層扭轉位移控制條件，在平面剛度較弱的周邊部位增加布置剪力墻并調整使其對稱均勻，避免過大偏心，增強結構的抗扭剛度，結構扭轉效應，同時也能提高轉換層下部的側向剛度比。上部剪力墻的水平剪力需要通過轉換層樓板傳遞到落地剪力墻，實現上下層剪力的重分配，轉換層樓板傳遞因豎向不連續產生的水平集中應力，平面翹曲變形顯著，因此轉換層板厚取 200mm，雙層雙向配φ12@150結合周邊框架梁的布置，轉換層樓板整體性得到加強。

結構中轉換梁盡量做到一次轉換，盡量做到轉換梁軸線與上部墻肢軸線相重合，以避免由偏心支承帶來的彎剪扭效應對結構延性的降低。對于二次轉換、偏心布置和受力復雜的轉換構件，施工圖階段補充局部應力分析，在考慮最不利荷載組合情況下得到轉換梁的應力分布特點，對高應力區進行重點加強，如提高配箍率和增加抗扭筋的設置，提高轉換梁構件的抗剪和抗扭能力。

四、概念設計與構造措施

概念設計比數值設計更重要，先進的設計思想可以通過概念設計得到充分的體現。概念設計是指通過力學規律、震害教訓、試驗研究、工程實踐經驗等的設計概念、設計對策和措施 ， 它比量化的計算更能有效的從宏觀上處理好結構的安全問題，特別是抗震安全。結構抗震概念設計的目標是使整體結構能發揮耗散地震能量的作用，避免結構出現敏感的薄弱部位，地震能量的耗散僅集中在少數薄弱部位，導致結構過早破壞。現有抗震設計方法的前提之一是假定整個結構能發揮耗散地震能量的作用，在此前提下，才能以多遇地震作用進行結構計算、構件設計并加以構造措施，或采用動力時程分析進行驗算，試圖達到罕遇地震作用下結構不倒塌的目標。

本工程采用合理的建筑結構概念設計，在方案階段早期介入，并將概念設計貫徹整個設計始終。通過不同結構布置方案的試算和比較，不斷調整剪力墻的位置和數量使之趨于合理經濟，對結構的薄弱部位采取抗震加強措施，主要包括：提高結構抗震能力，保證框支轉換層及以上作為剪力墻底部加強區的部位有足夠的承載能力和延性，將轉換層以上6層不落地剪力墻混凝土等級提高至C50，降低構件軸壓比，增加墻體豎向和水平鋼筋，提高構件延性，并適應罕遇地震作用下塑性鉸的出現和發展；提高結構抗扭剛度，降低扭轉作用，將底部加強層以下兩邊縱向的剪力墻厚度增大至250mm；加強樓板傳遞水平力的能力，將細腰部樓板厚度加大至160mm，并提高其配筋率，采用雙層雙向通長配筋。

五、結束語

綜上所述，本工程抗側力構件結構布置合理，自振周期及剪重比適中，水平位移滿足規范限制要求，構件截面取值合理，結構體系具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力，構件設計滿足“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件”的原則，對結構可能出現的薄弱部位采取了必要的加強措施，結構體系選擇恰當。

篇3

Abstract: a high-rise residential buildings by six tall building of residence, six storey tower buildings are in the fourth floor, this paper introduces the structure of the building, 5, and 6 concept design, calculation, analysis and structural measures, a reference for the similar project.

Keywords: box a-the shear wall structure; Conversion layers structure; High-rise buildings; Seismic design

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：

工程概況

本工程位于廣州市海珠區，地面以上由6棟33層住宅（呈形分布，順時針依次自編為1～6棟），帶三層裙樓組成，設兩層地下室。總建筑面積164409，其中地下室20244，地面以上144165(其中裙樓為22855)。本工程塔樓在各棟之間以防震縫分隔；裙樓高度每兩棟塔樓之間以防震縫分隔；縫寬均為400mm；地下室不設縫。首層為商場、住宅/公寓大堂、書店、藥店、郵政所、居委會等，二層為餐廳、廚房，三層為辦公室、會議室，四層為住宅、裙樓屋面花園兼結構轉換層，五層及以上為住宅。地下室為停車庫和設備用房，其中地下二層局部設有平戰結合的核6級、常6級人防區。

本工程結構設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級；抗震設防烈度為7度，按照《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001），設計基本地震加速度值為0.1g，地震動力反應譜特征周期0.35s，設計地震分組為第一組，抗震設防分類為丙類。混凝土結構的環境類別：地下室臨水面和露天混凝土結構為二類a組，其余均為一類；混凝土結構的裂縫控制等級為三級（對一、二a類環境分別為wlim=0.3mm及0.2mm）。混凝土受彎構件的撓度限值按跨度由小到大依次為l0/200、l0/250。建筑結構防火等級為一級；

地基與基礎

本工程設兩層地下室，地下室底板面標高-8.5m，考慮采用人工挖孔樁基礎（先挖基坑后挖樁，避開上部軟弱土層及縮短樁長，避免樁長過長），樁端持力層為中風化泥巖、（泥質）粉砂巖，樁長約10～24m，平均樁長約14m，樁端嵌巖深度0.5米。利用裙樓屋面花園及地下室頂板面綠化覆土，結合建筑物自重，外加工程樁兼作抗拔樁，經驗算，地下室抗浮滿足要求。

上部結構計算

本工程首先以結構抗震概念設計為指導，選擇合適的結構體系和合理的結構布置；其次，以計算分析為手段尋找出結構中的薄弱部位；最后，對關鍵部位和薄弱部位采取有效的構造措施保證設計構思的實現。

本工程根據建筑高度和使用功能，選用部分框支-剪力墻結構體系。結構計算整體計算選用中國建筑科學研究院編制的SATWE軟件（墻元模型）和TAT（薄壁桿模型）。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）（以下簡稱“高規”）之規定，本工程屬A級高度帶轉換層的結構，應按復雜高層結構進行結構設計；結構計算考慮偶然偏心地震作用、扭轉耦聯、雙向地震作用及施工模擬；結合規范規定的要求及結構抗震概念設計理論，各棟X、Y方向剪重比適中，均滿足“高規”第3.3.13條要求;單塔SATWE第一扭轉周期與第一平動周期之比小于0.85，須滿足“高規”4.3.5條要求;各棟樓在偶然偏心影響的地震作用下，屬扭轉I類或Ⅱ類不規則平面；滿足“高規”4.3.5條“A級高度建筑不應大于該樓層平均值1.5倍”要求;各棟有效質量系數均大于90％，所取振型數滿足“高規”第4.3.5條有關要求;各塔樓在地震作用和風荷載作用下層間位移角＜1/1000，滿足“高規”4.6.3條要求;本工程各棟塔樓在地震作用下各樓層(以剪切變形為主的)平均有害位移小于整體平均位移的20％，遠小于樓層整體平均位移的50％，也從側面證明了本工程結構體系在水平作用下的變形是以彎曲變形為主的特性;各層側向剛度均大于相鄰上一層側向剛度的70%，并大于其上相鄰三層側向剛度平均值的80%，滿足“抗規”第3.4.2條側向剛度規則性要求;按“省補充規定”3.3.1條表3.3.1-1中第4點，以上下層位移角比值對剛度進行評價，屬側向剛度規則的情況;樓層層間抗側力結構的受剪承載力大于其上一層受剪承載力的80%，滿足“抗規”第3.4.2條樓層承載力均勻性要求;各棟的剛重比均大于2.7，滿足高層建筑結構整體穩定的要求，不考慮P-Δ效應的影響（“高規”5.4.4條）。SATWE與TAT的計算結果相近，結果合理、有效， 計算結果表明，結構周期及位移符合規范要求，剪重比適中，構件截面取值合理，結構體系選擇恰當。

5、6棟整體主要電算結果

轉換層設計

布置轉換層上下主體豎向結構時，使盡可能多的上部豎向結構能向下落地連續貫通；布置轉換層上下主體豎向結構時，盡量使水平轉換結構傳力直接，盡量避免多級復雜轉換，慎重采用傳力復雜、抗震不利的平厚板轉換；應盡量強化轉換層下部結構側向剛度，弱化轉換層上部結構側向剛度，使轉換層上下主體結構側向剛度盡量接近、平滑過渡。

規范對于轉換梁的構造要求提得比較多也比較詳細，包括最低混凝土強度等級、最小梁寬、最小梁高以及配筋構造要求等，對轉換層樓板的受力計算及配筋構造均作出了要求。這里要強調的是，轉換層樓板由于擔負著從上部剪力墻到落地剪力墻及框支柱剪力重分布的重任，應適當增加次梁分隔其板跨，以增加轉換層樓板的穩定性，這與在鋼梁腹板設置加勁肋的原理是一樣的；結構中所有轉換梁盡量做到一次轉換，并盡量做到轉換梁軸線與上部墻肢軸線相重合，以避免由偏心支承帶來的彎剪扭效應對結構延性的降低。對二次轉換、偏心布置和受力復雜的轉換構件，補充局部應力分析，在考慮最不利荷載組合情況下得到轉換梁的應力分布特點，對高應力區進行重點加強，如提高配箍率和增加抗扭筋的設置，提高轉換梁構件的抗剪、抗扭能力。

篇4

【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。混凝土強度等級在底部加強區為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

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中圖分類號：TU241.8 文獻標識碼：A 文章編號：

0 引言

改革開放以來，隨著我國國民經濟的迅猛發展，建筑業已經成為我國的支柱產業。近年來，在國家城鄉一體化統籌發展思路指引下，城市化進程加快，房地產開發如火如荼，其中高層住宅小區占了很大的比例。而目前的鋼筋混凝土高層結構住宅以剪力墻結構居多，因此，對于從事高層結構設計的工程師來說，必須能夠吸收當代高層建筑結構設計的一些成功經驗，并把結構的經濟性、合理性與結構抗震的安全性等諸多因素加以統籌考慮，才能很好的與建筑師配合并設計出經濟合理的高層建筑結構體系。

1 高層住宅的受力特點與支撐件

對于高層住宅而言，越高所承受的豎向荷載就越大，水平風荷影響也越大，所承受的外力主要就是水平和垂直方向。對于比較低的建筑來說，高度較低，地基面積較大，相對而言所受的風荷及地震影響就相對較小，在高層住宅上，水平荷載產生的傾覆力會很大，設計人員主要考慮的問題是水平荷載，軸向變形及結構延性等方面。

1.1 水平載荷

建筑物的高度達到一定數值后，它們在豎直方向上承載的荷載變化量并不大，所承受的風荷載以及地震作用的水平荷載會呈現一定的規律性，建筑物的結構特性不同，風荷載及地震水平荷載則會隨之發生較大變化。

1.2 軸向變形

建筑物越高，豎向荷載越大，豎向荷載越大，連接柱中的軸向變形就會越大，相應的，連續梁的彎矩所受影響就會越大，預制構件的下料長度也會受影響而有所改變，由此可見，在施工時必須計算出軸向變形值，并及時調整下料長度。

1.3 結構側移

高層住宅的結構設計關鍵之一是結構側移的控制，建筑物越高，水平荷載下結構的側移就會越大，對于建筑物的穩定性威脅也就越大，因此，高層住宅的結構側移一定要嚴格控制，以確保建筑物的穩定性。

1.4 結構延性

相對于低層建筑而言，高層住宅的結構柔和性較好，在地震侵襲發生較大震動時，會產生較大的變形。建筑物在塑性變形階段中對變形能力的要求相對較高，要想保證結構延性，必須在建筑設計中采取一定的措施。

2 剪力墻結構設計的基本原則

剪力墻結構在建筑中主要承擔豎直方向重力與水平方向荷載，剪力墻結構的設計既要安全合理，又要考慮經濟問題。設計過程中，各種位移限制值都要滿足，結構構件中抗側力構件的作用也要充分考慮到。設計時，剪力墻的數量也要滿足位移限制值相關規范的要求，數量應該盡量少，但又不能影響基本振型的要求。建筑中剪力墻結構所承受的傾覆力矩應不小于總數的一半。

2.1 調整樓層最小剪力系數方面的原則

設計中剪力墻結構的布置要盡量減小，大開間的剪力墻結構布置是最好的設計方案，側向剛度結構可以達到較為理想的狀態。樓層間的剪力系數盡量小，但不能超出規范的極限范圍，短肢剪力墻承受的地震傾覆力矩于整體總底部承受的地震傾覆力比要小于或等于1:4，這樣既可以減輕結構自重，同時降低了地震帶來的危害又可以節約費用。

2.2 調整樓層間最大位移與層高之比方面的原則

規范規定的最大的樓層間的位移在計算的時候，如果樓層地區地震比較頻繁，所用的標準值產生的樓層計算可以保留在結構的整體彎曲變形，應該計入扭轉變形在以彎曲變形為主的高層住宅中。高層住宅重點考慮的方面就是樓層間的扭轉和剪力變形。結構的剪切變形由豎向構件的數量決定，在建設施工中，有足夠多數量的構件還是遠遠不夠的，更要考慮構建的布局是否合理，如果不合理，就會產生過大的扭轉變形，樓層間的位移就達不到要求。因此，對于高層住宅而言，不能只是以樓層間的位移來確定豎向構件的剛度，而應該盡量減小扭轉變形。

2.3 調整剪力墻結構連續超限方面的原則

剪力墻結構的連續跨高比太小會導致彎矩超限及剪力過大，超過規范限度，跨高比一般大于或等于2.5。規范規定，在跨高比小于5的時候，連續梁不能夠拆減。跨高比的正確選擇，可以很好地避免彎矩及剪力過量，可保持在規定范圍內。在結構設計時，如果可以有效合理的用上這些，可以大大降低工程成本。

3 剪力墻結構設計

剪力墻的剛度較大，整體性較好，容易達到承受的荷載要求。設計師主要考慮以下幾個方面：

3.1 剪力墻截面的厚度要求

剪力墻厚度盡量小的優點主要是保證剪力墻平面的剛度及其穩定性。當剪力墻相較于墻體平面外面時，相交處可以作為剪力墻的支撐，對于平面外的剛度與穩定性有很好的保證。剪力墻最小厚度確認時，計算依據主要是建筑物層高及無支長度中的較大值。按一、二級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，底部加強部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1/16，且不應小于200mm；其他部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1/20，且不應小于160mm。當為無端柱或翼墻的一字形剪力墻時，其底部加強部位截面厚度尚不應小于層高的1/12；其他部位尚不應小于層高的1/15，且不應小于180mm；按三、四級抗震等級設計的剪力墻的截面厚度，底部加強部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1/20，且不應小于160mm；其他部位不應小于層高或剪力墻無支長度的1/25，且不應小于160mm；非抗震設計的剪力墻，其截面厚度不應小于層高或剪力墻無支長度的1/25，且不應小于160mm。

3.2 剪力強結構中混凝土強度等級要求

剪力墻中混凝土要求相對較高，等級最少要為C20，如果剪力墻結構中帶有筒體與短肢，那么其中的混凝土強度最少要為C25。

3.3 剪力墻結構在進行抗震設計時，構造邊緣的構件在剪力墻墻肢中是必不可少的。在非抗震設計中，其墻端部位的構件配置及鋼筋配置都要符合相關的規范。

3.4 剪力墻結構設計中要考慮豎向分布時鋼筋配筋率的最小值，主要作用就是保證混凝土墻體在受到彎矩較大出現裂縫時不至于立刻達到抗彎承載力的極限，還可以防止斜裂縫出現后發生脆性剪拉破壞。

3.5 剪力墻結構開洞構造設計。若是剪力墻結構中開洞較小，其影響較小，在計算時可不必考慮在內。為了保證剪力墻結構截面的承載力，要在鋼筋切斷集中處將洞口補足，并且鋼筋直徑最小要達到12mm。具體施工要根據實際情況，邊緣構件的設置根據實際情況。

3.6 高層住宅剪力墻結構體系受到的豎直方向荷載比較大，豎直荷載包括建筑整體的自身重量及樓面荷載產生的影響。由于荷載的存在，豎直方向會產生軸力，使連續梁內出現彎矩。計算時依據的是其受力面積。若是水平荷載，其計算就要按平面考慮了。剪力墻結構計算工作比較復雜且工作量較大，在設計時，要針對不同的剪力墻結構的受力特點進行計算。

剪力墻結構體系是一種抗剪性能較好的結構，設計時要考慮建筑施工的具體情況，設計時應盡量避免豎向剛度突變，確保其剛度。

4 結束語

目前我國城市土地供應緊張與住宅市場需求旺盛的矛盾日漸突出，城市轉而向高度要空間的趨勢越來越明顯，高層剪力墻結構體系在住宅市場也隨之大量應用。因而結構設計的合理與否直接影響千家萬戶的生命財產安全，作為結構設計人員，應嚴格按照設計原則進行合理的設計，反復驗算，使剪力墻結構滿足使用的需要并且有優良的抗震性能，并在以上前提下優化設計以達到合理的工程造價。

參考文獻：

[1]蘇紹堅.住宅樓剪力墻結構設計分析[J].核工程研究與設計，2007，01．

[2]吳繼成.高層框架剪力墻結構設計[J].建設科技，2010，06．

[3]李盛勇，張元坤.剪力墻邊緣構件的一種科學配筋形式[J].建統結構，2003，08.

篇6

Abstract: with the development of China's construction business, modern city is standing tall buildings everywhere, for the structure of the high-rise residential design scheme is endless. In the high-rise residential development construction project, the structure design is very important in the period of a link, and high-rise residential planning and construction closely related. The author combined with years of the worked experience, for high-rise residence in the design of structure of the existing problems are analyzed, and puts forward some countermeasures.

Keywords: high-rise residential, structure design, structure system

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著現今社會經濟的發展，城市高層建筑的設計風格也各式各樣，但是這也給高層住宅結構的設計帶來了很多新的問題。在高層的建筑結構設計時，不僅僅要注重外形的美觀，更要考慮其承擔荷載的能力以及內部空間的組織。同時，也要綜合考慮建筑施工和造價這方面的因素，進而設計出經濟實用又符合現代化設計的城市建筑。

一、高層住宅結構抗風與抗震的設計

高層住宅結構的層數越高，其剛度就越差，其受到風力和地震力的影響也就越強。嚴重時，可引起高層住宅的側位移，也就是說，雖然建筑沒有完全倒塌，但是在風力和地震力的影響下，會毀壞其內部的分間墻、裝修以及設備等，甚至可能導致局部倒塌或引發火災。由此可見，抗風和抗震設計對于高層住宅結構是非常必要的。

1．高層住宅結構抗風的設計

在高層建筑結構的設計中，首先，要保證結構具有足夠的強度來承受風荷載對其產生的內力，以及很好的結構剛度，以保證在巨大的風荷載的作用下，很好地控制水平移位。其次，要選擇科學合理的高層住宅結構外形，以減少風對其的作用力，選擇圓形或正多邊形最佳。另外，要盡量采用對稱的平面形狀，避免高層住宅結構由于風荷載過大而總體產生偏心扭曲。最后，要合理設計高層住宅的外墻玻璃以及其他裝飾品，避免風荷載索引的局部破壞。

2．高層建筑結構抗震的設計

為了保證高層住宅的抗震性能，在進行高層住宅的結構設計時，首先，要避開不理的建筑場地，選擇合適的施工地點，并采取相應的預防措施，提高低地基的穩定性。同時要選擇能夠有效地適用于抗震的結構體系。其次，不知高層住宅平面時，要盡量簡單、有規則性以及很好的對稱性，防止電梯間的偏置，減少扭轉的影響。

3．提高高層住宅結構設計的抗風和抗震性能的措施

首先，如果采取的是剪力墻結構，那在高層住宅結構的頂層、底層、山墻、內縱墻的端開間的配筋率至少為0.25%。在這些易受溫度影響的部位，提高其配筋率。其次，在高層住宅的頂層，比較容易受到陽光的直接照射，所以要盡可能降低屋面板的溫度，將頂層局部劃分為幾部分，減少每段的長度。最后，在相對較長的結構單元中，留出一定距離的混凝土后澆帶，以便于混凝土的自由收縮，提高其承受溫度的能力，同時也以使用建筑纖維等技術措施。

二、高層住宅結構類型介紹

1．剪力墻結構體系

剪力墻結構是高層住宅結構中一種比較常用的體系，其主要是將框架結構中的梁柱用鋼筋混凝土墻板來代替，一般用鋼量比框剪結構少，用一系列的剪力墻相互交錯，來承受豎向承重和抵抗水平力。由于受到來自豎向和橫向的共同作用力，因此，剪力墻結構的平面布置通常采用平面雙向或多項式布置，剪力墻的建筑材料主要有砌磚以及鋼筋混凝土。墻體的剛度相對于其他結構體系來講很比較大，非常有利于高層住宅結構的抗風和抗震性能，常用于四十層以下的高層住宅結構中。但是這種結構也有些不足之處，盡管結構有很強的整體性，但是制約了平面的布局。

2．框架剪力墻結構體系

這種體系主要是由剪力墻結構和框架結構相結合組成的。由于剪力墻結構主要受到水平側力，而框架結構主要受到豎向的作用力，這樣就可以各取其長，進行合理的分工。這種結構主要以框架結構為主，將剪力墻結構布置于高層住宅的周邊、電梯間以及平面形狀變化較大的位置作為輔助，主要適用于二十五層以下的高層住宅結構。剪力墻框架結構可以極大地降低建筑自身重量，同時建筑內部又有很大的空間靈活性，因此受到廣泛應用。但是這種結構體系也存在不足之處，結構剛度不是很強，進而導致抗風和抗震能力就比較低。其中框架柱的應用使得在室內會有框架柱露出，影響室內美觀的用戶的使用。

3. 筒形結構體系

在設計超過三十層以上的高層住宅結構時，要充分考慮其所受到的巨大側力，在現有的幾種高層住宅體系中，只有筒形結構的剛度比較大，中央設有井筒，同時與周圍的框架很好地結合，這樣就能夠形成極強的抗側力結構體系。這種高層住宅結構的內隔墻都是輕質墻，外墻為圍護墻，在內外筒之間就可以對家具以及輔助設備進行自由分隔、靈活布置。

三、高層住宅的基礎形式的選擇

隨著社會經濟的快速發展，房產開發商更加注重投資成本低且經濟收益較好的高層住宅，因此，結構設計方案的合理直接影響到住宅的造價。在對高層住宅的基礎類型進行選擇時，要從整體進行分析，選用整體性能較好的結構，以及能夠充分滿足建筑地基的承載能力，以便設計出具有很高的安全性以及經濟的設計方案。

在選擇基礎形式時，要注重對地基類型、結構類型、建筑的荷載以及具體的施工情況等因素進行詳細的分析，來慎重的進行選擇。高層住宅的基礎形式主要有箱型基礎、樁基、鋼筋混凝土筏形基礎、十字交叉基礎以及條形基礎等。

通過以上的分析，靜壓預先灌注樁基礎形式在人口相對稠密的失去和施工現場周圍進行高層住宅的建筑時，具有很好的應用優勢。對于其弊端可以采用局部引孔以及其他的有效施工措施進行克服。隨著科學技術的迅猛發展，在高層住宅的結構設計中，會涉及到很多方面的因素，設計師要對高層建筑結構設計中的問題進行分析，并不斷的探索，充分改進和完善高層住宅的結構設計。

總結：

高層住宅結構的設計相對于其他結構具有一定的復雜性，尤其是在抗風和抗震性能的設計，因此，對一些相關數據進行詳細的分析和計算是非常必要的，也能為高層住宅結構提供有效的設計依據。同時，要重視結構設計的理念，結合實際情況，全面綜合地考慮結構設計的安全性和可靠性，進而設計出科學合理的高層建筑結構設計方案。

參考文獻：

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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。可以遵循以下原則。

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。現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。

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高層住宅結構設計是一項繁重而又責任重大的工作，在進行高層住宅結構設計過程中除了認真執行相關規范和技術規程，還要滿足結構的安全性、耐久性、舒適性、經濟性的要求。以下就高層住宅結構設計的問題與解決措施進行研究分析。

一、高層住宅中常用的結構體系

1、剪力墻結構。用鋼筋混凝土剪力墻（用于抗震結構時也稱為抗震墻）承受豎向荷載和抵抗側向力的結構稱為剪力墻結構。剪力墻結構是將建筑物的內、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結構，它既承擔垂直荷載、也抵抗水平力。因剪力墻是一整片高大的墻體、側面又有剛性樓蓋的支撐，故在其自身平面內有很大的側向剛度，屬于剛性結構，能承受較大的水平荷載（剪力），“剪力墻”即由此而得名。剪力墻墻肢截面高度與厚度的比值大于8，特點是整體性能好，側向剛度大，水平力下側向位移較小，并且由于沒有梁柱等外露或凸出部分，便于房間布置。剪力墻結構是一種傳統、成熟、受力性能良好的結構形式，其缺點是結構墻體相對多、自重較大。綜合評價，這種結構形式深受用戶和建筑師的歡迎，因而在許多高層住宅建筑中得到了光泛的應用。

2、框架剪力墻結構。框架剪力墻結構是指由普通框架柱與一般剪力墻共同組成的一種結構形式，由框架與剪力墻共同承擔荷載。它具有框架與剪力墻共同受力的優點，又能獲得較大的建筑空間。但是由于現在建筑平面布置較靈活，框架布置非常復雜，很難形成規則的受力體系，并且隨著房間布局的變化，容易產生柱楞和凸出的大梁，影響建筑外觀和使用功能。同時，由于多次受力轉換，梁板的受力性能受到影響，提高了造價。

3、異型柱框架剪力墻結構。采用異型柱框架剪力墻結構的墻肢截面高度與厚度的比值不大于4，柱肢受力情況復雜。由于對該結構形式的抗震性能存在很多爭議，該結構形式也一直沒有得到國家規范的承認，在很多地區的應用受限。經過近幾年的實驗和研究，該結構形式通過了國家抗震規范的審查。規范對這種結構形式的最大適用高度、使用范圍、抗震等級、一般剪力墻承受的地震傾覆力矩、墻肢厚度、軸壓比、截面剪力設計值、縱向鋼筋配筋率、體積配箍率等作了嚴格的規定。同時，由于結構斷面較小，克服了框架剪力墻結構適用性不好的缺點，該結構形式受到了業主和用戶的歡迎。但必須明確的是，由于異型柱的斷面很小，梁柱節點核心區鋼筋密集，施工振搗困難，該結構形式的力學性能和抗震性能被削弱，須仔細計算核心區的相關數據。這種結構形式是我國獨創的，主要是為了降低造價。

二、高層建筑結構設計中常見問題

從設計原理及設計方法而言，高層建筑結構設計跟多層結構設計基本是相同的。但是在高層建筑中，要使用更多的結構材料來抵抗外荷載，特別是水平荷載，因此抗側力結構成為高層建筑結構設計的主要問題，設計時要滿足更多的要求。

1、超高問題。隨著經濟的發展，人們對建筑的要求也越來越高，近年來大中城市出現了較多超高建筑。針對這種情況，新高規根據建筑物的最大適用高度和高寬比將高層建筑結構分為A級和B級，B級高度高層建筑結構的最大適用高度和高寬比可較A級適當放寬，其結構抗震等級、有關的計算和構造措施應相應更加嚴格。對于超高結構，應采取至少兩個不同力學模型的軟件計算；應三維模型分析、考慮耦連、彈性時程分析。必要時，宜驗算薄弱層彈性變形要更加嚴格地根據相應的規范和規程進行計算，避免留下安全隱患。

2、短肢剪力墻的設置問題。在新的高規中對短肢剪力墻有了全新的定義，主要是指墻肢的截面高度和厚度比在五到八之間的剪力墻。按照實際的經驗和數據，由于短肢剪力墻在強度和結構性能上存在的缺陷，新的規定中對于短肢剪力墻的使用也有了進一步的限制。最為有效的解決方式就是盡量減少或者避免短肢墻在高層結構設計中的出現。對于無法避免的短肢剪力墻，應嚴格按照規范規定，限制墻肢的適用高度，軸壓比和抗震等級等。

三、高層住宅結構設計問題的解決措施

1、控制結構的抗扭剛度不能太弱。《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.5條規定：結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比，A級高度高層建筑不應大于0.9。扭轉耦聯振動的主方向，可通過計算振型方向因子來判斷，在兩個平動和一個轉動構成的三個方向因子中，當轉動方向因子大于0.5時，則該振型可認為是扭轉為主的振型。當不滿足以上要求時，宜調整抗側力結構的布置，增大結構的抗扭剛度。如在滿足層間位移比的情況下，減小某些（中部）豎向構件剛度，增大平動周期，加大端部豎向構件抗扭剛度，減小扭轉周期。

2、限制結構平面布置的不規則性避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.5條規定：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。抗震設計的A級高度鋼筋混凝土高層建筑其平面布置宜簡單，規則，對稱，減少偏心。結構平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻對稱，減少扭轉影響。結構剛度不對稱也會產生扭轉。所以在布置剪力墻時，應使結構均勻分布，令荷載合力作用線通過結構剛度中心，以減少扭轉影響。結構剛度不對稱產生扭轉時，通過增加墻厚來調整扭轉效應效果不佳。高層剪力墻結構住宅中剪力墻影響剛度，而剪力墻為矩形截面，慣性矩為Iz=bh3/12，b為墻厚，h為墻長。剪力墻的長度對其剛度影響很大。首先分析哪部分結構剛度大，哪部分結構剛度小，增大剛度對結構有利，還是減小剛度對結構有利，通過增減剪力墻達到結構剛度均勻對稱，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.5條對最大水平位移和層間位移的要求。

3、高層住宅轉角窗處的構造處理。近年來隨著人們生活水平的日益提高，對居住的環境也提出了更高的要求。因此，房地產開發商們為了住宅通風采光好、視野開闊提出在平面角部設置轉角窗。角部墻體開洞，與角部墻體不開洞的剪力墻結構相比，結構整體效應影響頗大，結構的抗側力剛度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差異，角部墻體開洞的剪力墻結構其外墻內力明顯增大。開洞的角部各構件扭轉效應明顯，特別是洞口處的連梁，需配置抗扭鋼筋，轉角處樓板宜局部加厚，配筋宜適當加大，在轉角處板內設置連接兩側墻體的暗梁。

結束語

綜上所述，隨著科學技術的進步和社會經濟的發展，城市化建設進程的加快，現代化的城市到處都是高樓聳立，對于高層住宅的結構設計方案也是層出不窮。文章就結構設計工作中遇到的一些問題，介紹了高層住宅結構設計中基礎形式的選擇、限制結構的扭轉效應、轉角窗構造處理等，以滿足結構的安全性、可靠性的要求。

參考文獻：

[1] JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結構設計規程[S].

篇9

1 引言

中國作為一個發展中國家，高層鋼結構建筑在我國起步較晚，成熟及可借鑒的經驗不是很多。但從改革開放以來，許多現代化建筑如雨后春筍般聳立。而鋼結構因其自重輕、施工周期短、抗震能力強等優勢和特點被人們廣泛應用于高層尤其是超高層建筑中。其中建筑鋼材又分為普通碳素鋼、優質碳素結構鋼、普通低合金鋼三類。大量使用的仍以普通碳素鋼為主。與混凝土高層相比：自重輕，截面小，可降低基礎造價，室內有效面積大，與玻璃幕墻結合，建成現代感很強的建筑外形；工業化程度高，可降低人工費用，增加建筑的投資回報率；抗震性能較好，利于向高層、超高層發展；綠色環保、可持續發展，8-17層的高層鋼結構造價可達到與混凝土持平，綜合造價可望超過混凝土。

高層鋼結構主要應用于現代的高層建筑，鋼結構的結構體系主要有框架體系、框架支撐(剪力墻板)體系、筒體體系和巨型框架體系。對于高層鋼結構，結構設計也是建筑成敗、優劣的關鍵因素，方案階段有結構工程師的參與是必要的。

2 高層鋼結構設計的特點

2.1 鋼結構的基本原理

鋼結構是鋼材（鋼板和型鋼）經過設計、加工，形成各種基本構件，如拉桿（有時還包括鋼索）、壓桿、梁、柱及桁架等，然后將這些基本構件按一定的方式通過焊接和螺栓等方式連接組成的工程結構形式。輕型鋼結構是一個很模糊的概念，沒有嚴格的定義。以下結構都可稱為輕型鋼結構：①由冷彎薄壁型鋼組成的結構；②由熱軋輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、 H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結構；③由焊接輕型型鋼（工字鋼、槽鋼、 H型鋼、L型鋼、T型鋼等）組成的結構；④由圓管、方管、矩形管組成的結構；⑤由薄鋼板焊成的構件組成的結構；⑥由以上各種構件組成的結構

設計鋼結構時，應從工程實際情況出發，合理選用材料、結構方案和構造措施，滿足結構構件在運輸、安裝和使用過程中的強度、穩定性和剛度要求，并符合防火、防腐蝕要求。宜優先采用通用的和標準化的結構和構件，減少制作、安裝工作量。在鋼結構設計文件中，應注明建筑結構的設計使用年限、鋼材牌號、連接材料的型號（或鋼號）和對鋼材所要求的力學性能、化學成分及其他的附加保證項目。此外，還應注明所要求的焊縫形式、焊縫質量等級、端面刨平頂緊部位及對鋼結構設計的要求[1]。

鋼結構設計的特點可以概括為以下幾點：

（1）為了不影響結構或構件的正常使用和觀感，設計時應對結構或構件的變形規定好相應的限值；

（2）計算結構或構件變形時可以不考慮螺栓孔引起的截面削弱；

（3）在設計的過程時，承重結構采用的鋼材應具有抗拉強度、伸長度、屈服強度和硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有碳含量的合格保證為前提；

（4）在對框架結構進行設計的過程中，梁與柱的剛性連接應符合受力過程中梁柱間交角不變的假定，同時連接應具有充分的強度承受交匯構件端部傳遞的所有最不利的內力。梁與柱鉸接時，應使連接具有充分的轉動能力，且能有效地傳遞橫向剪力與軸心力。梁與柱的半剛性連接只具有有限的轉動剛度，在承受彎矩的同時會產生相應的交角變化，在內力分析事，必須預先確定連接的彎矩-轉角特性曲線，以便考慮連接變形的影響。

2.2 鋼結構設計的特點

2.2.1 鋼材結構的特點

鋼材的結構具有以下的特點：

（1）強度高，重量輕；

（2）塑性、韌性好；

（3）材質均勻，工作可靠性高；

（4）適于于機械化加工，工業化生產程度高；

（5）減少砂、石、灰用量，減輕對再生資源的破壞；

（6）環保、可回收再利用，建筑造型美觀；

（7）密閉性能好,能制成不滲漏的密閉容器；

（8）耐熱性能好，耐火性能差；

（9）耐腐蝕性差。

表1 鋼材與混凝土的對比

鋼和混凝土容重比：3.4，強度比：210～136。所以剛才較混凝土的重量輕，這樣能夠便于運輸和安裝，可跨越更大的跨度。

2.2.2 高層住宅鋼材結構設計的特點

（1）對高層住宅鋼材結構的設計時要進行柱網的布置，在設計時可以考慮選取一榀框架單元，對柱截面和梁截面要首先進行初選。框架梁受到豎向恒荷載、豎向活荷載、水平風荷載和地震力的作用的影響。對內力的計算時要采用分層法來進行相應的計算。

（2）對高層住宅鋼材結構的設計首先應該要考慮高層鋼材的承重結構設計，在對承重結構設計的時候需要分兩個方面進行設計，即：承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。在設計的過程中要考慮到構件和連接的強度破壞的承受能力，如果因為疲勞導致破壞或者因為鋼材過度的變形不在適合繼續承載，鋼材的結構將會轉變為機動體系和結構傾覆。

（3）在對高層住宅鋼材結構的設計時要對其結構破壞可能產生的后果采取不同的安全等級設計。一般的高層住宅采用的鋼材結構安全設計等級為2級，其他的特殊建筑鋼結構住宅的安全等級要根據其實際情況來確定。

（4）在對組合樓蓋設計時，要對荷載內力計算、壓型鋼板組合樓板受力驗算、斜截面驗算、支座負筋計算、撓度驗算及自振頻率驗算等內容。這樣以便方便組合框架內力組合值的計算。

3 結束語

篇10

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。總之,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。《高規》在第4.8.2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。總體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。基礎則采用樁筏基礎。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。