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篇1
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。抗震等級為框支框架一級，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%。框支柱為非常重要的構件，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。
篇2
某高層住宅，設計使用年限為 50年，建筑耐火等級為二級。抗震設防烈度為七度，主體為剪力墻結構，裙房為框架結構。地基基礎設計等級為乙級，主體為筏板基礎，裙房為柱下獨立基礎和墻下條形基礎。總建筑面積為5231.08m2，東西長約45m，南北長約18m，主體為地上15層帶 1層地下室，右邊裙房為地上 1層帶 1層地下室，前邊裙房為地上 1層。
2 概念設計與總體指標控制
概念設計的目標是使整體結構能發揮耗散地震的作用， 避免出現敏感的薄弱部位導致過早地破壞，因此剪力墻的布置應以此為原則精心布置，方可使結構在整體上安全合理。目前很多設計剪力墻滿布，造成結構體系剛度過大，引起地震力加大，雖然滿足強度要求，但混凝土用量大，鋼筋用量也隨之加大，并且加大后的地震力有時集中于某些薄弱部位，造成安全隱患。
建筑結構平面布置時，概念設計應盡量使 x向和 y向抗側剛度接近，剪力墻不宜過多以免剛度過大。在豎向布置上也要力求均勻，避免少數樓層出現敏感薄弱部位，使結構整體形成均勻的抗側力結構體系，在此基礎上，結合電算才能作出安全、經濟、合理的結構。在本工程住宅樓主體剪力墻時，x向剪力墻墻肢較短，y向剪力墻墻肢較長，墻肢盡量多做成帶翼緣的L形、T形等，不做“一”字形短墻；高厚比多在8以上，通過這些措施使結構總體指標控制在規范允許范圍內。總體指標對建筑物的總體判別十分有用。
3 基礎設計
高層建筑剪力墻結構設計由于考慮埋置深度的要求，一般均設置地下室。基礎多采用筏板基礎。合理選擇筏板厚度及邊緣挑出長度也直接影響結構整體安全和工程造價。該工程上部 15層帶 1層地下室，根據勘察報告，取筏板厚為1000mm，經細算后筏板可減至800mm。由于地庫室為單層框架結構，筏板基礎厚度計算后定為250mm，為解決柱對筏板的沖切，對柱下局部范圍加厚（見附圖1）。經此處理經濟性明顯。因此，基礎選型應作方案比較，才能選定經濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，對高層來說一般筏板厚初選時可按樓層數計，即每層按 50mm厚增加。
筏板長度的設置應考慮地下室的使用合理性，通常采用設置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫。本項目采用添加劑以補償混凝土的因水化熱引起膨脹與收縮，或采用纖維混凝土等方法在一定范圍內可不設或少設后澆帶，并且對所設后澆帶采取必要的保護和加強措施。該工程地下室長120m，大于規范要求的55m，故筏板基礎 采后澆帶來解決結構超長的問題。并在塔樓與地下室之間設置后澆帶，解決兩種不同荷載之間的不均勻沉降問題（見附圖2），效果良好。
4 剪力墻設計
4.1 剪力墻布置
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，且x，y兩向的剛重比接近。在結構布置應避免“一”字形剪力墻，若出現則應盡可能布置成長墻（ h /w > 8）；應避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應部位應設置暗柱，當梁高大于墻厚的 2.5倍時，應計算暗柱配筋，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件時兩個方向均應布置成長墻；規范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍及8倍以下為短肢墻，大于8倍則為普通墻。該工程剪力墻布置后，剛心和質心x向在同一位置，y向相差0.5m，大大減小了扭轉效應；主梁擱置在剪力墻上的，在相應部位設置暗柱，以控制剪力墻平面外的彎矩。
4.2剪力墻配筋及構造
4.2.1剪力墻配筋
該工程剪力墻一層墻厚為 250mm，其余地面以上墻厚均為200mm，水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內側。六層以下水平筋￠10@ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用￠6 @ 400拉筋；六層以上￠8 @ 200雙層雙向，雙排鋼筋之間采用￠6@ 600拉筋。地下部分墻體豎向配筋￠14@ 200為主要受力鋼筋，水平筋則構造配置，該工程均取￠12@ 150。地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產生的側壓力控制，簡化計算后由豎向筋控制。
4.2.2 剪力墻邊緣構件的設置
試驗研究表明，鋼筋混凝土設置邊緣構件后與不設邊緣構件的矩形截面剪力墻相比，其極限承載力提高約40%，耗能能力增大20%，且增加了墻體的穩定性，因此一般一、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設置約束邊緣構件；其余剪力墻應按《高規》第7.2.17條設置構造邊緣構件。
對于本工程剪力墻來說，其暗柱配筋滿足規范要求的最小配筋率，建議加強區0.7%，一般部位0.5%；對于短肢剪力墻，應按《高規》第7.1.2條控制配筋率加強區 1.2 %，一般部位1.0%；而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設計中往往按長肢墻進行暗柱配筋并不妥當，建議有兩種方法：其一，計算中另一方向短肢不進入剛度，則配筋可不考慮該方向短肢影響；其二，計算中短肢計入剛度，則配筋中應考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率在加強區取1.0 %，一般部位可取0.8 %。該工程地面一、二層設置構造邊緣構件，縱筋最大直徑為￠14，加強區暗柱配筋率最大為 1.45%，最小0.8%；三層及三層以上為構造邊緣構件，構造邊緣構件縱筋配筋率普遍在 0.6%～0.7%。
4.2.3 剪力墻的連梁
剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，雖然在計算中對其剛度進行折減，但在地震作用下彎矩、剪力仍很大，有時很難進行設計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計算圖形不符，相應配筋亦較大，不合理。所以連梁高度計算與設計統一規定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用輕質材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加1根梁，2根梁之間用輕質材料填充。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平筋。該工程連梁截面均為墻厚×400mm，大部分連梁縱筋為4￠14，箍筋為￠8@ 100；個別連梁縱筋為 4￠16，箍筋為￠8@100。
5結語
綜上所述，在高層建筑轉換層的結構設計時，既要盡可能地滿足建筑的使用功能的要求，又要使結構體系更加合理，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，從而滿足建筑結構合理的使用要求。
篇3
引言
部分框支剪力墻結構是由落地剪力墻或剪力墻筒體和框支柱組成的協同工作結構體系。這類結構類型由于底部幾層有較大的空間，能適用于各種建筑的使用功能要求。因此，廣泛應用于底層為商店、餐廳、車庫、機房，上部為住宅、公寓、飯店、綜合樓等高層建筑。但是，這種結構在受力上也有明顯的缺點：傳力不直接，結構豎向剛度變化很大，甚至是突變，地震作用下易形成結構薄弱層，加上構造復雜，給結構設計帶來較大難度。為了滿足建筑功能的要求，結構必須設置轉換層進行結構轉換，底部大空間框支剪力墻結構可以在建筑物下部形成一層或多層的大空間，通過結構轉換層，用框架柱代替剪力墻以滿足建筑功能的要求。文章結合實際工程，具體的探討此類建筑結構的抗震設計。
1工程概況
某工程項目總建筑面積1..4925 萬平方米。一層地下室面積3465平方米，地上一幢26層住宅,面積1.1460萬平方米，總高80.8m。地下室一層,高4.8m;地上一層為商鋪和居民活動空間, 高5.8 m; 二層為架空綠化層, 高5.4m, 三層及以上至屋頂層均為住宅，高為2.9m。該地區的基本風壓0.65KN/ m2 , 抗震設防烈度7度,場地土的特征周期0. 45s ，設計基本地震加速度0. 10g ,結構的阻尼比為0.05 ，水平地震影響系數最大值為0.08 ，罕遇地震影響系數最大值為0.50 ，地面粗糙度為C類。剪力墻底部加強部位抗震等級為一級，其余部位為二級，框支框架抗震等級為一級，框架抗震等級為二級,。地下室主樓相關范圍外抗震等級為三級。計算中考慮雙向水平地震作用、扭轉耦聯影響及重力二階效應,并對結構的穩定性進行計算。
2 結構計算分析
2. 1 轉換體系的選取與計算
框支轉換層樓板在地震中受力變形較大，其在整體電算中的模型選擇很關鍵。由于工程轉換梁上部層數多，地震時樓板將傳遞相當大的地震力，其在平面內的變形是不可忽略的。因此在進行整體結構分析時，轉換層樓板采用彈性膜單元模擬計算。
2. 2 嵌固端與轉換層樓板板厚的確定
工程以±0.000 板作為嵌固端，既保證上部結構的地震剪力通過地下室頂板傳遞到全部地下室結構，同時能夠保證上部結構在地震作用下的變形是以地下室為參照原點。《建筑抗震設計規范》GB50011 - 2010(以下簡稱《抗規》)第6.1.14 條規定:當地下室頂板作為上部嵌固端部位時，結構地上一層的側向剛度,不宜大于相關范圍地下一層側向剛度的0.5倍。故本工程地下室頂板厚度取200mm,同時,為了有效地將水平地震力傳遞給剪力墻，在應力集中的樓層,將樓板厚度加大，轉換層樓板取180mm，與其相鄰的層也適當加厚至150mm。
考慮抗震需要, 施工圖階段時轉換層樓板采用C40混凝土，更有意提高轉換層配筋率,使單層配筋率達到0.30 % ，以進一步提高轉換層樓板和框支大梁共同作用的能力。考慮到梁寬大于上部剪力墻的兩倍，寬度較寬，對邊轉換梁，板面鋼筋不是簡單地要求伸入梁內滿足錨固要求即可,而是要求必須貫穿梁頂截面,以確保梁內扭矩在板上的有效傳遞。
2. 3 框支柱與剪力墻底部加強部位墻厚的設計
框支柱基本布置于上部剪力墻對齊的下方或就近區域，這樣不僅能使豎向荷載的傳力途徑直接、明確，減少轉換板的內力，同時，上下抗側力結構對齊，對于抵抗水平地震荷載作用，改善轉換板的復雜受力情況也是大有益處的。框支柱作為框支剪力墻結構體系中重要的構件，它的安全度直接決定了整棟建筑的抗震潛力，因而框支柱的延性和承載力成為設計的關鍵。框支柱應在計算的基礎上，通過概念設計和抗震措施(構造措施) 進行設計。框支柱的抗震等級定為一級,為了增加其延性，軸壓比不超過0.6 ，其最小配箍特征值比一級增加0.02 采用，且箍筋體積配箍率不小于1.5％。框支層剪力墻軸壓比控制在0.5 以內，以保證剪力墻有足夠的延性。抗震設計時，剪力墻的底部加強部位包括底部塑性鉸范圍及其上部的一定范圍，其目的是在此范圍內采取增加邊緣構件箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強措施,避免脆性的剪切破壞,改善整個結構的抗震性能。《高層建筑混凝土結構技術規程》J GJ3 -2010(以下簡稱《高規》) 第7. 1. 4 條規定:剪力墻底部加強部位的高度應從地下室頂板算起宜取至轉換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10。為了保證底部加強部位處剪力墻的平面外剛度和穩定性,《抗規》及《高規》分別規定了剪力墻底部加強部位墻厚的取值。其中，考慮到高層建筑結構的重要性，《高規》對墻厚的取值更加嚴格。針對本工程結構的特點，設計中有以下兩點特別之處：
(1) 一般情況下, 高層建筑結構底部加強部位的剪力墻厚度應按照《抗規》6.5.1條規定取值。但對于本工程而言,由于底部層高較大,一般剪力墻墻厚bw取400 ,但對于電梯井處剪力墻布置較多,相對的軸力較小,其截面按照上述方法取值則顯得的不是很經濟合理，并且會影響建筑使用，所以取200mm厚。
(2) 在保證上部住宅剪力墻強度及層間位移滿足規范的前提要求下，盡量減少上部剪力墻數量，減薄厚度，轉換層以下厚度加大，以減少結構上部剛度,增大下部剛度。同時，由于轉換層上下剛度的突變對上部相鄰幾層剪力墻造成的影響，故而除了對轉換層上相鄰數層剪力墻的水平及豎向分布筋和邊緣構件鋼筋予以加強外, 還在這些樓層中跨高比小于2 的剪力墻連梁內設置交叉鋼筋以增強其耗能能力。
2. 4 轉換層上、下結構側向剛度比的確定
結構層剛度比計算經常需要選擇層剛度比的計算方法，《高規》附錄E給出了兩種算法：
剪切剛度法――γe1＝G1A1 h2/G2A2h1，考察的是抗側力構件的截面特性及與層高的關系，屬于近似計算方法。一般適用于剪切變形為主的結構及結構部位，如框架結構、結構的嵌固部位及底部大空間為一層的轉換層之上層與轉換層結構的等效剪切剛度比等。
剪彎剛度法――γe2＝∆2 H1/∆1H2，計算的是轉換層上部與轉換層下部結構的等效側向剛度比，考察的是結構特定區域內結構側向變形角之間的比值，適用于結構側向剛度變化較大的特殊部位，如底部大空間層數大于一層時轉換層上、下的結構等。同時規范要求當轉換層設置在二層及以上時，按γ1＝Vi∆i+1/Vi+1∆i公式計算轉換層與其相鄰上層側向剛度比不應小于0.6。
本工程轉換層設置在建筑三層，故采用剪彎算法計算等效側向剛度。
工程實踐中，框支剪力墻結構體系是對結構本身來說是很不利的，為了加大底部大空間樓層的抗側剛度，使上下剛度接近,《高規》規定：需要抗震設防時，轉換層上下剛度比不應于小于0.5，同時不應大于1。為了滿足此要求,對底部的落地核心筒及少量的落地剪力墻均予以加厚，落地核心筒周邊墻體加厚至400mm(上部為250或200mm) ，同時轉換層以下的混凝土強度等級定為C50，最終剛度比均控制在1.8 左右。轉換層與其相鄰上層側向剛度比為0.71>0.6滿足規范要求。
2. 5 局部抗震設計
局部框支剪力墻結構的局部加強范圍, 對本工程來說,取框支部分所臨近2～3 個開間所包圍的區域。在進行框支柱、梁內力調整時可按此加強有關剪力墻、框支柱和梁的內力。局部框支加強范圍以外,可按剪力墻結構設計。兩者交接部分應加強連接構造, 如板邊設暗梁、梁板配筋加強等, 以保證水平剪力傳遞。
建筑專業為了立面處理的需要, 希望在建筑平面的角部開窗。墻體角部在地震作用下，是較敏感的部位，特別當結構平面不規則時，由于平面的扭轉，引起內力重分布，將使震害加劇，使得此處的連梁分配更多的地震力，容易產生連梁的超筋問題。因此，需要對此處的連梁采取構造加強措施, 本工程主要采用了以下幾點：
(1) 角部開窗的墻體為無翼緣墻體,《抗規》6. 4. 1 條規定墻體厚度,對于一、二級抗震墻當無端柱或翼墻時底部加強部位不應小于層高的1/ 12 ,非底部加強部位不應小于層高的1/ 16。本住宅層高2. 9m,故角部房間墻段厚度底部加強區取250mm，非底部加強區取200mm
(2) 由于角部墻體無翼緣, 延性較差, 應在墻體端部設置暗柱,并適當的加強配筋。
(3) 為了增加墻體平面外的穩定性, 可在每層樓板角部處附加鋼筋板帶配10Φ12mm鋼筋, 兩端各錨入暗柱內, 長度≥35d。
3.結語
部分框支剪力墻結構是一受力復雜不利抗震的建筑結構。因此，為滿足使用功能和結構抗震設計的要求，同時使剪力墻的布置和用量較為合理,結構設計時需遵循一下的原則：
減少轉換
平面設計布置轉換層上下主體豎向結構時，要注意盡可能多的布置成上下主體豎向結構連續貫通，尤其是在框架核心筒結構中，核心筒宜上下貫通。同時應注意盡可能使水平轉換結構傳力直接，避免多級復雜轉換。合理布置剪力墻的位置，使結構的剛度中心與質量中心相接近。
強化下部，弱化上部
為保證下部大空間整體結構有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力，應盡量強化轉換層下部主體剛度，弱化轉換層上部主體結構剛度，使轉換層上下部主體結構剛度和變形特征接近。如加厚下部剪力墻、提高混凝土強度等級，上部剪力墻減薄、開洞等處理。
計算全面準確
必須將轉換結構作為整體結構中的一個重要組成部分，采用符合實際的受力變形狀態正確模型進行結構計算分析。并應在結構整體計算后對局部特殊結構進行專門的有效受力分析。
加強結構抗震措施
在結構設計時，為滿足建筑使用要求，往往造成結構布置不合理，設計時相應加強被削弱構件厚度和配筋，以彌補建筑造成的影響。另外還有其他構造措施如加強框支框架和落地墻配筋，控制軸壓比增強構件延性；轉換層加大板厚和配筋率等。
參考文獻
篇4
我國處于地震多發區，結構抗震分析和設計已提到我國建筑設計的日程上了。國內雖有一些高層結構設計理念，但可靠性仍值得商榷。近年來隨著人們對住宅要求的不斷提高，原來普通框架結構已不能滿足人們對住宅空間的要求。于是經過不斷的實踐和改進，出現了目前這種以剪力墻為基礎，并吸取框架的優點的高層住宅建筑抗震結構設計。
1地震給建筑帶來的危害
地震帶來的危害已經不容忽視，房屋受到地震很多危害，地震來臨時的風荷載對于高層建筑的危害是巨大的。如下圖所示：由于震區砌體結構房屋普遍采用預知空心樓板，沒有按照規范要求進行設計成裝配整體式樓蓋，地震發生時墻體受到破壞，導致樓板塌落，達不到裝配整體式樓蓋的效果。據有關方面調查，不規則建筑物，特別是沿豎向不規則的房屋建筑所受到的地震破壞較為嚴重，主要是結構底層是空曠結構，大多底層為大開間框架結構，由于底層形成薄弱層，達不到抵御剛度與強度的要求，在受到強烈地震時，出現底層倒塌、傾斜。此外，突出屋面的小塔樓結構由于沿豎向質量與剛度突然變化，容易產生鞭稍效應，從而在地震中絕大部分受到損壞。從地震受害的整體情況看來，框架剪力墻結構基本完好或只受到輕微破壞。但是有極少部分的框架結構受到嚴重破壞并倒塌，主要表現在柱上下端或框架梁、柱節點核心區域的剪切破壞。在地震中，框架結構的樓梯間震受到的破壞較為普遍，本應成為逃生通道的樓梯間卻是倒塌最為嚴重的區域。同時，框架結構中最為常見的震害部位是填充墻破壞，在汶川地震中的表現非常明顯。
2高層住宅抗震設計特點
隨著建筑高度的不斷增加，建筑的側向位移也會隨之而增加，所以設計高層建筑的過程中，不但要結構上有著足夠大的強度，同時結構上還要有具體的剛度，讓結構有個合理的自振頻率，使水平力的作用層位移具體控制在一個范圍內。結構還要有一個良好的廷性.相對一些較低的樓房來說，高樓的結構會更加柔和一點，在實際地震作用下其變形就會更大一點。其是影響建筑結構的耐震性的主要因素是結構的變形能力和承載力，所以為了讓結構進入塑性的變形階段之后還能有著較強的實際變形能力，預防高層建筑在一些大地震中倒塌。
3住宅高層建筑結構抗震設計時應注意的措施
抗震設計要剛柔相濟，選擇合適的結構形式。抗震設計的高層建筑建筑，當地下室頂層作為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用三級或四級，地下室柱截而每側的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍；地下室中超出上部主樓范圍且無上部結構的部分，其抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。9度抗震設計時.地下室結構的抗震等級不應低于二級。抗震設計與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級；主樓結構在裙房頂部上、下各一層應適當加強抗震構造措施。房屋高度大、柱距較大而柱中軸力較大時，宜采用型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱，或采用高強度混凝土柱。一次地震造成的破壞大小，不僅跟震級、震中距有關，還取決于震源深度、地質構造、地基條件和建筑物結構、材料、施工質量等因素，因此沒法斷言“房子能抗幾級地震”。我國抗震設防烈度分6-9度，度數越高要求越嚴。
加強結構設計的優化，認清主次，通過多種目標與單一目標的優化使設計的效果令人滿意。同時，還應加強房屋耐久性設計，在原來的結構設計方案中，建筑結構設計的耐久性往往沒有得到設計人員充分的考慮，其實就是在規定的使用年限內對于用戶的各種正常使用要求均能夠滿足。在實際情況中，許多方案設計都沒有達到這些要求，出現這種情況的主要原因是設計時沒有完全考慮建筑物在實際運作中由于環境、條件的影響，從而導致建筑的可靠指數明顯降低。因此在對一般的高層進行混凝土進行設計時，主要都集中在造價、材料上，所以只有造價小、材料少的結構設計才是滿意的設計，如今人們的生活水平不斷的提高，對工程的質量要求也相應的得到提高，所以當建筑物的特殊使用要求或者技術要求與經濟成為主要矛盾時，就要果斷的放棄經濟這個指標。結構體系的選擇是高層建筑鋼筋混凝土設計的重點之一，在一些地基基礎比較穩固的地方，在上部結構能夠滿足變形限值的前提下，考慮到建筑的外觀問題，可以盡量減小剛度。
在框架結構與頂蓋結構設計中，填充墻會直接使結構的實際剛度大于設計時的剛度，所以這就會導致計算周期遠遠大于結構的實際周期，因此，計算出的結構剪力比較小時，這就會使房屋建筑的結構不安全，所以要把建筑物的結構計算周期進行適當的折減，只有這樣建筑的效果才能有所改善。除了沒有墻的框架結構，其余都要進行適量的折減。
4高層住宅結構抗震設計
4.1結構布置
建筑物結構平面應避免發生地震引起結構局部應立即中和扭轉，結構的豎向布置要以整體的穩定性為前提，避免結構剛度突變。框架結構的剛度沿高度不應突變，避免形成短柱導致薄弱層產生。由于框架短柱在進行抗震作用時會發生脆性破壞，導致結構整體受到嚴重破壞，甚至倒塌，因此，在進行結構設計時，應盡量避免設計成短柱，如果難以避免，必須采取措施，如復合箍筋、螺旋箍筋等防止短柱受到粘著破壞或剪力破壞，增加短柱的耗能能力。為了避免形成較大的偏心距，梁與柱的軸線應重合，柱的截面不應過小。多層砌體結構建筑物由于砌體是較為脆性的材料，抗拉與抗剪的強度都比較低，因此砌體結構抗震性能較差，必須優選橫墻承重，縱橫墻的布置應均勻，達到砌體建筑物的高寬比限制。
4.2合理設置防震縫
為了降低建筑物抗震設計難度，提高抗震設計的可靠性，縫兩側上部結構要完全分開。通過實踐驗證，設置多道抗震防線對于建筑物抗震是非常有利的。
結束語
設計者應根據工程抗震概念各方面的知識和經驗，作出正確的工程判斷，找出結構安全與經濟合理的最佳結合點，探求出一種實用可行的二步或三步設防的合理有效的抗震設計方法，以更好地適應社會經濟和科學技術的發展。
參考文獻
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Keywords: anti-floating long structures, towers, chassis, mounted side, the model parameters
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
1.工程概況
本工程建筑占地總面積為12萬平方米，由9個塔樓組成，每棟樓都帶有地下室，該建筑為商住兩用樓，地下負一層平時作為車庫使用，其長度為240米，寬度為100米；最高的三棟為17層，高57.635米；本建筑具備的功能有地下車庫、集中空調機房、應急發電機房、水泵房、高底壓配電所等設備用房；建筑第一層為園林景觀道路，地上部分十一層之下的是居民住宅，屋面以上為機房和屋頂水箱。抗震設防烈度為7度，基本風壓為0.5kN/m2，建筑場地類別為Ⅱ類。
2.基礎選型設計
通過對該建筑基礎進行地質勘察，其基礎采用打入式預制樁，荷載較小的車庫等低層建筑將地下中粗砂土層作為樁的持力層；而對于荷載較大的17層的高層建筑選用強風化泥質粉砂巖作為樁基礎的持力層，由于此土層在地下深層，所以基礎樁長度很大，需穿過的其上部的土層較厚，所以工程用D50型號的較重的錘并且對設計樁長和沉樁灌入度進行雙控。本工程中樁的長度在16和30米之間，樁徑Ф400，其單樁豎向承載力特征值為1200kN；樁徑Ф500，其單樁豎向承載力特征值為1750kN。
本建筑的地下室抗浮設計用的地下水面的標高（一般是豐水期的高水位）按照黃海高程2.5米進行計算，其地下車庫頂部需有0.8米的土厚，地下室凈高為2.95米，頂板厚度為160mm，底板厚度為300mm，均為梁板結構，混凝土強度等級為C35，抗滲標號為S8。設計中，需要保證地下室的抗浮穩定性，本工程采取的措施有：①增加擬建建筑輪廓內部的工程樁的抗浮功能，設置能夠抵消土壤中水對結構產生的上浮力的抗浮工程樁；為降低施工難度，在擬建建筑輪廓外部的抗浮樁適宜采用預制樁。通過進行有關的計算得出，本建筑的抗浮樁樁徑與其單樁抗浮承載力特征值分別為Ф400（300kN）、Ф500（350kN）。②因為本建筑地下室面積很大，其基礎和基坑施工所耗時間也很多，所以必須對其抗浮設計需采取措施：第一，在工程施工時需利用抽水設備抽水將施工所在地的地下水位至少降低至承臺下500毫米，使所挖的土始終保持干燥狀態；第二，當地下室混凝土澆筑完成之后，地下室主體施工至設計標高6.0米，且非主體地下室頂板覆土不小于每平方米10kN、施工面載小于每平方米10kN的時候，可停止第一條中所說的降水。
由于本建筑結構超長，需對其采取措施：①按照高層建筑設計有關規范的要求，在對地板進行設計時，應該考慮混凝土干縮和施工時水泥水化熱等影響因素，采用施工后澆帶的方法，在工程中設置了兩條橫向四條縱向的六條混凝土后澆帶，其寬度均為800毫米，同向兩條后澆帶的距離為30到40米；②地下室外墻和車庫頂梁板都采用了無縫施工技術，并且運用了高性能UEA低堿膨脹劑防止收縮龜裂從而使結構達到防水的目的，根據有關規范要求，在縱橫方向各設置兩條膨脹加強帶以提高結構整體防水性，帶間距為50—60米。由于本工程施工的建筑是高層建筑，所以完成基礎等地面以下工程后，對返還填實的土的質量必須進行嚴格的控制，以保證建筑基礎的穩定。地下室外墻和回填土之間的內摩擦角越大說明回填土越夯實，基礎越穩定，抗剪強度也越大。
3.結構體系及計算模型
本建筑的三棟商住樓的結構為框架-剪力墻結構，抗震縫將建筑物分為9個塔樓，并且其結構剛度均勻獨立，它們的地下室是相連的，這就使得建筑底盤很大，形成多塔樓大底盤結構。
①地下室嵌固位置：根據高層建筑設計規范和抗震規范的有關規定，當地下室的嵌固位置為地下室頂板時，其結構的側向剛度必須大于其上部緊挨著的樓層的側向剛度的2倍，且地下室至少為兩層。若不能滿足這個要求且不能增加地下室的側向剛度，就不能選用頂板作為嵌固位置，而需選取其下合適的部位進行嵌固。本工程中由于地下室作為車庫使用，其空間面積很大，導致其側向剛度和水平剛度都不是很大，通過有關的計算分析，工程選用建筑基礎底板作為嵌固點。
②多塔結構計算模型：第一種是離散模型，即將塔樓底盤也進行劃分，將建筑看做是完全獨立的各個塔樓單元，然后分別對其進行計算分析，采用這種模型進行計算由于忽略掉了塔樓之間的相互影響，所以其計算結果往往不夠準確，但是整體模型在反應各塔樓的扭轉特性上十分困難，且各個塔樓的周期比的計算應該采用此模型；第二種就是整體模型，這種模型將塔樓和底盤看作是一個整體進行計算和分析，所以在建筑設計計算時，凡是采用此模型能夠實現的計算都應該優先考慮此模型。
③對于大底盤的措施：本工程建筑的底盤較大，其上部結構對非其本身范圍以內的大底盤的有些豎向抗側力構件影響較大，對其它的豎向構件影響很小，用振型圖來判斷大底盤豎向抗側力構件對上部結構的作用，根據相關規定塔樓周圍的最大范圍在兩個水平方向不宜大于其地下室一層層高的2倍。
④本工程中塔樓部分選用的計算和設計模型是離散模型，大底盤地下室選用的是整體模型，對于塔樓底部加強區的抗震構件的選取按照兩種模型計算結果中較差的那個進行設計。
⑤應該注意的問題：第一，地下室質量產生的地震作用大部分被室外回填土吸收，但是并沒有對其吸收標準做出明確的計算；第二，按照有關規定，對地下室結構中不滿足最小地震剪力系數要求的地方沒有進行調整，這就導致了結構整體地震作用基底剪力的減小，使得傳遞到基礎的總地震剪力和傾覆力矩偏小。
4.結構計算及分析
在對建筑結構設計完成時，需對設計的合理性進行驗算，本工程主要采用電算的計算方式，電算結果如表1所示。
對電算結果進行分析可知，建筑的結構剛度中心與建筑截面的幾何中心偏離不大，偏心彎矩對基礎的影響不大，剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩大于結構總底部地震傾覆力矩的1/2，結構的自振周期、位移值以及振型曲線都沒有超限(見表1或如圖1、圖2所示)，兩個方向的豎向剛度較均衡，結構扭轉很小，計算結果較為合理。
圖1地震作用下特征陣型示意圖
圖2地震作用下位移曲線示意圖
本工程設置中出現的問題，經過多次電算可知，①根據整體彈性內力、構件塑性設計原理對豎向荷載下框架梁端負彎矩進行降低的幅度要適當增大，調幅系數取0.8—0.9，這樣在地震作用下梁端較易出現塑性鉸，可吸收一部分地震作用；②為避免主梁承受過大的扭矩引起超筋超限，需適當減小梁的抗扭剛度折減系數，根據工程實際情況，適宜取0.5—0.65；③由于高層建筑需進行施工模擬計算，計算結果顯示，與筒體相近的柱下軸力不夠大，柱與筒體之間的梁配筋較大，并且隨著高度的增大此現象更突出，最終導致截面超筋，和實際情況相差較大；④在框架剪力墻結構中，剪力墻主要承受水平作用下的剪力，但是這樣導致了剪力墻的數量增加從而增加了結構剛度和地震作用，且這種結構耗費資金過大，此外，剪力墻的長度很大，且有相當強的翼緣與之相連，導致配筋過大，克服這個問題的方法是對部分墻肢人為地開施工洞，將其分為幾段并連的小墻肢，從而合理分配各個墻肢的剪力，并且避免了超筋現象的出現，達到有關規范的要求。
【參考文獻】：
［1］陳岱林，李云貴，魏文郎.多層及高層結構CAD軟件高級應用.中國建筑工業出版社
篇6
現階段，城市不斷擴張，民用高層建筑數量持續增加，成為了現代工程建設中的一項重要內容。在高層建筑項目落實中，對建筑結構進行優化設計具有重要的現實意義，其是對設計單位結構設計的有效補充，確保建筑結構設計方案與相關規范要求相符，并在保證結構安全的基礎上有效控制建造成本。
2工程概況
某高層住宅樓項目，地上27層、地下2層，總高度為91.3m，總建筑面積28584.02m2。此住宅樓設計采用剪力墻結構，地下2層是停車場。
3高層建筑剪力墻結構的優、劣勢
在建筑結構設計中，結構體系選型十分重要，直接影響到結構安全性、抗震性能、造價以及后期的使用功能。我國現代民用高層鋼筋混凝土建筑結構常見的有以下幾種：框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構、框架-核心筒結構。本高層住宅樓項目采用的是剪力墻結構，此種結構在高層住宅中的應用之分普遍，與住宅的墻體多、面積不大的特點相適應，相應的此種結構往往不適宜公共建筑[1]。剪力墻結構體系有其優勢、也有其劣勢，具體歸納如下：①優勢：承重墻、分隔墻連成整體，經濟性良好，尤其在高層賓館、住宅等十分適用；簡潔、寬敞，用戶可根據實際需求改造，使用功能較好；抵抗水平荷載能力強，側移小；結構質量大，可吸收更多的地震能量，安全性高。②劣勢：抗側移剛度大，因此某些情況下易引發強烈地震反應，威脅結構安全；結構延性較差，由于采用的是構造配筋，配筋率不高，雖然結構較為靈活，但是延性卻受到了影響。
4結構設計優化原則
基于高層建筑剪力墻結構的優、劣勢分析，在結構設計時必須做好相關優化工作，本項目通過對原方案的計算分析發現，設計比較保守，結構位移角較小，具有一定的優化空間，因此決定遵照以下幾點原則開展優化工作：確保結構整體安全、可靠；確保結構剛度合理，對特殊部分需做好加強處理；允許減小結構構件，但是必須經審核通過方可執行；合理控制建筑造價，獲得更大的經濟效益。
5結構設計優化方案
5.1優化方案
（1）調整剪力墻邊緣構件范圍：通過對原設計方案的計算分析顯示，剪力墻邊緣構件范圍較大，現決定以《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）為準，合理減小剪力墻邊緣構件范圍。（2）優化剪力墻布置：對原設計方案中的剪力墻布置進行優化，調整樓、電梯形成的核心筒與結構平面四角部的剪力墻，以優化X、Y向抗側剛度。具體優化方案如下：將部分“一”字型剪力墻，調整為“T”、“L”形剪力墻；將部分過長剪力墻肢，調整為帶翼緣剪力墻；在大片剪力墻開設洞口，調整墻肢長度，具體調整情況見圖1。
5.2優化結果
本項目優化后與原設計方案下的結構振型周期、最大樓層位移、層間位移角的對比情況，具體如表1所示。根據表1數據顯示，優化后與原設計方案的各項指標均滿足規范要求。根據最大層間位移相關數據顯示，原設計方案較為保守，遠小于規范要求，優化后，適當減小了結構抗側剛度，最大樓層位移由原本的49.00、52.59（地震X、Y向）與28.83、46.86（風荷載X、Y向），升至59.12、53.25（地震X、Y向）與34.18、49.61（風荷載X、Y向）；最大層間位移角由原本的1/1458、1/1198（地震X、Y向）與1/2587、1/1613（風荷載X、Y向），升至1/1386、1/1363（地震X、Y向）與1/2166、1/1519（風荷載X、Y向）。由此可知，在保證結構安全的基礎上，其經濟性有所增加[2]。優化后，X、Y地震作用下的樓層剪力也均有所下降，周期增加，結構延性增強，地震抵抗作用更佳。
6結束語
綜上所述，高層建筑結構優化設計是保證建筑使用安全與可靠度的關鍵所在，此項工作較為復雜、繁瑣，必須處理好構件與結構關系，以獲得最佳受力狀態，傳力簡單、承載性良好，每一個構件均實現協調運行。在保證結構安全可靠的基礎上，結構優化也必須考慮建筑的經濟性問題，合理控制材料用量，實現成本的有效降低與效益的增加。
參考文獻
篇7
1.含鋼量的范圍：根據對淄博地區我院所設計的多高層住宅樓含鋼量的統計和從事工程審計工作交流，含鋼量如下：多層砌體住宅樓為27Kg/O左右；小高層住宅（剪力墻結構）為45 Kg/O左右；高層住宅（17層）為50 Kg/O左右. 樓板用鋼量一般在7～12 Kg/O，也有采用大板的項目達到15 Kg/O；梁用鋼量一般在9～21 Kg/O，墻不對齊、梁搭梁較多時為高值，墻布置較多或采用大板時為低值； 墻用鋼量一般在20～22 Kg/O；占總用鋼量的40～50%，個別項目會達到60%；節點用鋼量在0.5～3.4 Kg/O不等，如果開發商對經濟性要求高，應要求建筑盡量簡化節點，復雜高層的標準層比一般標準層多1.5～2 Kg/O，最近做的淄川人和小區住宅樓節點比較少，含鋼量要降低不少。
2.影響含鋼量的因素：對于住宅來說相同的結構形式含鋼量也有多有少，影響因素很多，但對于一個工程來說，建筑方案已確定后，含鋼量應該是一個確定的數值。
2.1自然條件：
地震設防烈度等級，地質情況，比如東岳國際住宅樓就是地基承載底，采用樁筏基礎，這樣含鋼量自然就高。
2.2政策法規：為了增強結構的耐久性而需要增加很多合理的鋼筋用量，比如板跨大于4.2米需要雙層雙向直徑不小于8間距不大于200mm，等。
2.3設計參數
建筑專業的設計對含鋼量影響最大，建筑規則性，具體的開間、進深、層高、平面形狀的凹凸及豎向立面的縮進懸挑等。這也是結構設計最重要的工作，在建筑方案已定前提下，盡量選取合理的結構方案來降低含鋼量。最近做的淄川人和小區6#樓，造型比較簡單，一層地下室含鋼量就會低一些，對一些復雜戶型，如我院已做的付坡嘉園高層，戶型比較復雜，平面規則性差，用鋼量普遍較高。
2.4施工變更
施工階段，會有各方面問題提出設計圖紙的變更，這無形中就會出現增加含鋼量的情況，根據有關決算部門的統計施工變更占總造價的10%，這其中就有含鋼量增加的因素。
3降低含鋼量的措施
3.1.選取適用的荷載
當建筑物高度增加時，水平荷載（風荷載及地震作用）對結構起的作用越來越大，除了結構內力明顯加大外，結構側向位移增加更快，彎矩和位移與高度成指數曲線上升關系。多層和高層建筑結構都要抵抗豎向和水平荷載作用，但是在高層建筑中，結構要使用更多的材料來抵抗水平力，抗側力成為高層建筑結構設計的主要問題。在地震區，地震作用對高層建筑的威脅也比多層建筑要大。荷載輸入值的計算是否正確，關系到整個工程的含鋼量是否正常，應認真對待。填充墻開窗門洞處，應盡量精確計算荷載，包括面層厚度、扣除門窗洞口等，不得隨意加大。盡量采用輕質材料，減輕結構自重。高層建筑室內填充墻宜采用各類輕質隔墻。在高層住宅建筑中采用輕質石膏板內隔墻體系，主要的土建結構造價（包括樓板、外墻、內墻、梁、基礎結構體系等）比傳統磚石混凝土體系的土建結構造價可降低 10%左右，而 GRC（玻璃纖維增強水泥的簡稱）輕質墻板容重僅相當于同厚度粘土磚砌體面密度的 1/3，大大減少了結構荷載，降低了整個建筑梁、柱及基礎的截面積和含鋼量。我院做的高層隔墻均為加氣砼砌塊，容重很小，減小了荷載，減小了地震力，剪力墻及梁的配筋均有所減少。
3.2適當減少剪力墻數量
剪力墻暗柱箍筋形式設計時，盡量避免重疊，因重疊部分不計入體積配箍率。約束邊緣構件小箍筋采用封閉箍，構造邊緣構件在剪力墻高度 2＼/3 以上（從地面算起）采用封閉箍和拉筋間隔放置。縱向鋼筋可選兩種直徑，“角部”放置較大直徑鋼筋。在規范允許的范圍內進行優化設計，適當減少剪力墻數量，與建筑專業協商，開間布置避免錯位，減少由于梁錯位而增加的豎向構件。我院所采取措施標準層剪力墻分布筋水平、豎向分布筋均用φ8@200，大大降低了用鋼量。剪力墻數量的多少可以根據位移比控制，我院所做高層均做到位移比控制在1/1200～1/1000， 從而減少剪力墻數量。為了位移指標接近規范低限而在剪力墻上開洞不一定經濟，開洞雖然減少了洞口的混凝土及墻筋，但增加了兩側的暗柱及連梁，一般洞口要大于2米兩側還是普通墻時才可能節省，我院所設計剪力墻均考慮這個方面，考慮到普通剪力墻的肢長不大于1700mm，剪力墻結構洞在小于2.0m時不開洞處理，從而減少用鋼量。
3.3結構構件采用高強度鋼筋和高強混凝土
一般的住宅建筑，荷載不太大，而要滿足電線埋設的要求，板厚不宜小于100mm，板的跨度不宜太小，應使板的配筋由內力控制而不是按構造配置。按此結果樓板配筋只有采用HRB400 才能達到節省鋼筋的目的。采用高強度鋼筋可以節省用鋼量；而混凝土強度等級對減小配筋的作用很小。不管樓板是構造配筋還是計算配筋，采用 HRB400 鋼筋可降低用鋼量。樓板結構混凝土及鋼筋用量一般與建筑層數無關，采用新型樓蓋體系和高強鋼筋可以有效減少含鋼量。采用高強度鋼筋，簡支邊支座鋼筋的數量沒有減少，由于住宅板跨較小，采用高強度鋼筋后，板底配筋大部分仍為構造配筋，因此，節省鋼筋的數量比理論計算數值減少，板垮越大，節省的鋼筋越多。我院板設計一直采用HRB400鋼筋，為了控制板的含鋼量，我院均有一些措施：廚房、衛生間等板跨不大時，墻下盡量不設梁，設置附加筋，減少鋼筋用量；現澆樓板均考慮塑性內力重分布，按彈性計算的彎矩，中間跨可乘0.8的折減系數，邊跨雙向板可乘0.9的折減系數，角區格不折減等。
結論：多高層住宅鋼筋混凝土結構設計中要控制含鋼量，需要從方案階段開始到初步設計，注重結構概念設計，選擇合理的結構體系，通過多方案比選，確定經濟的結構布置，在施工圖階段細化設計，選取適用的荷載，從地基基礎、地下室、上部結構的墻柱梁板等全方位構件著手，在滿足規范構造要求的前提下，確定構件的截面尺寸及配筋，做到結構安全適用、技術先進、經濟合理、方便施工。
篇8
Keywords: high building; Displacement Angle; foundation
中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：
1、工程概況
本工程總建筑面積114128m2 。1#住宅樓建筑面積22169 m2 ，地上29層，地下2層地下室。該工程建筑結構安全等級為二級，設計使用年限為50a，建筑抗震設防為丙類，抗震設防烈度為7度，地震作用和抗震措施均按抗震7烈度設防，設計基本地震加速度為0.2.g，設計地震分組為第一組，剪力墻抗震等級為二級。1#住宅樓采用現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，抗震等級為二級。
2、高寬比確定
高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制。根據《高層建筑混凝土結構設計規程》JGJ3-2002第4.2.3條條文解釋“一般場合，可按所考慮方向的最小投影寬度計算高寬比，但對凸出建筑物平面很小的局部結構（如樓梯間、電梯間等），一般不應包含在計算寬度內。”根據規范提供的方法， 本工程高寬比超過《高層建筑混凝土結構設計規程》JGJ3-2002第4.2.3條表4.2.3-1抗震設防烈度為7度時，A級高度剪力墻結構高寬比不宜大于6的規定。因高寬比超過規范限值，因此，本工程在結構設計時應采取必要的加強措施。
3結構設計
3.1 結構選型
建筑物的結構設計，不僅要求具有足夠的承載力，而且必須使結構具有足夠抵抗
側力的剛度，使結構在水平力作用下所產生的側向位移限制在規定的范圍內，基于上述基本原理，工程綜合分析了結構的適用，安全，抗震，經濟，施工方便等因素，選取結構為剪力墻體系，由鋼筋混凝土框架承擔豎向力和側力。鋼筋混凝土框架剛度布置相對比較均勻，在滿足建筑功能情況下，盡量減少平面扭轉對結構的影響。
3.2 主要材料
混凝土強度等級。墻、柱：-1~5層為C50，6~10層為C45，11~15層為C40，16~20層為C35，21~25層為C30，26~29層為C25；梁、板：-1~20層為C30，11~天面層為C25。鋼筋采用普通鋼筋HPB235級、HRB335級、HRB400級。
3.3板厚取值
現澆樓蓋中，板的混凝土用量約占整個樓蓋的50% ～60% ，板厚的取值對樓蓋的經濟性和自重的影響較大，在滿足板的剛度和構造要求的前提下，應盡量采用較薄的板，雙向板的最小板厚度為80 mm, 板的厚度與跨度的最小比值：四邊簡支板為1 /40， 連續板為1 /50。工程最大板跨為5m， 其余板跨均小于4 m， 考慮到工程為住宅樓，板內有埋機電暗管, 因此小于4 m的板跨板厚也取100 mm, 5 m板跨板厚取140 mm。
4結構計算分析
工程采用了中國建筑科學研究院的PKPM系列SATWE軟件（ 多、高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件）進行計算，施工圖采用SATWE的計算結果，按15個振型進行結構計算分析。
4.1結構整體抗傾覆驗算結果
===============================================
傾覆力矩Mr 傾覆力矩Mov 比值Mr/Mov零應力區(%)
X風荷載5250527.5 209207.725.10 0.00
Y風荷載2947079.2 429299.7 6.86 0.00
X 地 震5250527.5 252271.620.81 0.00
Y 地 震2947079.2 270002.410.92 0.00
從結果可以看出，由于Y方向較“薄”，造成Y風荷載作用時所產生的傾覆力矩遠大于X風荷載及地震力產生的傾覆力矩，分別為X風的2倍、X地震的1.5倍、Y地震的1.6倍。
4.2結構整體穩定驗算結果
X向剛重比 EJd/GH**2=7.24
Y向剛重比 EJd/GH**2=5.15
該結構剛重比EJd/GH**2大于1.4,能夠通過高規(5.4.4)的整體穩定驗算
該結構剛重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考慮重力二階效應
4.3 彈性層間位移角
根據廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ—2002）補充規定DBJ/T15-46-2005第3.5條“對于高度小于150m的剪力墻、筒中筒結構等彎曲型結構，當彎曲變形的影響明顯，某層層間有害位移角小于層間位移值的50%，該層層間位移角限值可放寬至1/800。”本工程Y方向風荷載控制時的位移角1/851
4.4軸壓比
計算結果分析表明，本工程各項整體指標均能滿足相關規范的有關要求或未超出規范規
定的最大限值；柱的軸壓比和各構件的強度及變形也均能滿足規范的要求。
4.5樁基礎設計
本工程采用PKPM系列JCCAD程序進行布樁、樁反力計算及承臺配筋。由于Y向風荷載產生較大的傾覆力矩，最大樁反力為Y向風荷載控制，且最終的配樁數量要多于根據D+L結果估算的配樁數量。
5、地基與基礎
篇9
一、高層住宅建筑結構設計安全性需要解決的問題
（一）設置嵌固端問題
通常情況下，高層住宅建筑都在建筑物中、人防頂板、地下室頂板等位置上設置。在高層住宅建筑中，人防以及地下室都具有十分重要的地位，但是，在高層住宅建筑結構設計過程中，設計師會將嵌固端設計忽略掉。例如，高層住宅建筑結構整體設計計算位置、高層住宅建筑嵌固端的上下層抗震等級一致性、嵌固端上下層中的剛度比限制問題等，在高層住宅建筑結構設計過程中，嵌固端設置具有重要地位，不能忽略其任何一方面，否則會直接影響到高層住宅建筑物的后期使用。
（二）建筑結構超高問題
高是高層住宅建筑最大的特征，建筑物自身的高度就很高，也正因如此，高層住宅建筑的結構設計難度有所增加。在國家抗震規范中已經對高層住宅建筑高度進行了嚴格控制和規定，特別是國家的新定范圍里，十分明確地限制了高層住宅建筑物超高度問題。此外，當前高層住宅建筑在施工過程中會存在改動結構設計的情況，而施工計劃卻是按照原有建筑結構設計來進行施工，所以，高層住宅建筑實際施工情況與原定結構設計以及計劃之間存在誤差。由此，高層住宅建筑超高直接威脅到高層住宅建筑安全。
（三）適應新規范問題
在高層住宅建筑結構設計過程中，還存在著新規范與舊規范的適應問題，在建筑行業長期發展過程中，國家為高層建筑的結構設計工作制定了不同的規范。新規范和舊規范在細則方面變動比較大，新規范中有更多的限制條件來限制高層建筑，對于高層建筑安全性要求更嚴格。所以，在高層住宅建筑結構設計中，更加強調新舊規范更替性問題。
二、提升高層住宅建筑設計安全性的對策
（一）選用恰當的懸挑梁高度
在高層住宅建筑中，懸挑梁具有不可替代的作用，懸挑梁的作用主要體現在支撐方面。但是，在現在的高層住宅建筑中，設計師喜歡選擇比較小的懸挑梁高，這樣會導致高層住宅建筑的梁截面受壓區中的應力太高。原因就在于，在設計師設計的過程中，設計師并沒有對梁撓度進行詳細的計算，由于梁高較小，導致梁截面受壓區產生非線性的徐變，梁撓度越來越大，挑梁會出現嚴重變形，最終導致梁板出現裂縫[1]。伴隨著挑梁變形越來越嚴重，裂縫也會越來越寬，直接影響到了高層住宅建筑的耐久性和適用性，更加挑戰了高層住宅建筑結構的安全性。所以，在設計師對高層住宅建筑結構進行設計的過程中，選擇梁高度的時候，要對梁撓度計算進行充分考慮，在高層住宅建筑結構計算過程中，減少計算存在的誤差，將挑梁支撐力度增加。由于懸挑結構對于豎向的地震作用十分敏感，所以，將高層住宅建筑挑梁承載力增加，選用恰當的懸挑梁高度，不僅可以有效防止梁板裂縫的產生，更可以對高層建筑支撐力度進行保證，最終保證了高層住宅建筑的安全。
（二）為剪力墻開設洞口
國家對于高層住宅建筑的結構設計已經明確規定[2]，要求在高層住宅建筑中，如果剪力墻比較長，則需要開設洞口，把剪力墻分為若干墻段，每一墻段的長度都比較平均，墻段與墻段之間還要采用弱連梁對其進行連接，每一個獨立墻段的高度與墻段長度之比不宜小于3，此外，墻肢截面的長度要小于或等于8米。國家的這項規定能夠有效防止高層住宅建筑剪力墻破損，將高層住宅建筑剪力墻延性提升，對脆性破壞進行規避。在高層住宅建筑結構設計的時候，要盡量在剪力墻上開洞，使其可以形成弱連梁，將建筑剪力墻支持力度提升。除此之外，設計師還要加大梁寬，或者進行梁水平腋的設置，使建筑梁柱節點處可以形成剛域，這樣可以將建筑梁柱支撐的力度提升，從本質上避免框架結構中出現梁柱偏心距較大等問題。
（三）提升建筑地基承載力
由于高層住宅建筑自身對地基要求更高，建筑壓力也比較大，想要提升高層住宅建筑安全性必須要打好基礎。在對高層住宅建筑實施基礎設計的時候，設計師要對地基埋深工作進行強調，對地基埋深程度進行計算，從高層住宅建筑室外地坪到基礎底面，都需要進行地基埋深程度的計算。在選擇地基的過程中，首先采用天然地基[3]，原因在于，人們可以通過深埋地基這種方法來將天然地基穩定性和穩固性增加，將地基承載力提升，通過修正地基，可以提高地基承載力滿足要求。通常情況下，高層建筑地下室的外墻會用鋼筋砼墻，高層住宅建筑的地基外側側向剛度比較強，這便在高層住宅建筑地基側向剛度方面將地基整體的穩定性提升。增加地下室地基整體結構的穩定性，有利于對高層住宅建筑的整體結構的協調變形，加強高層住宅建筑基礎結構建設。
（四）遵循結構設計原則
在我國城市建筑過程中，高層住宅建筑不斷增加，建筑結構變化越來越大，在高層住宅建筑結構設計中，新時代特征得以體現。當前高層住宅建筑結構設計過程中，重點和難點就是時代創新理念與質量安全相結合。在設計過程中，設計師要遵循設計基本原則，保證設計安全性。高層住宅建筑結構設計原則主要包括合理性原則、適合性原則以及適當性原則[4]。其中，高層住宅建筑結構設計的方案要具有合理性，結構設計的方案是后期高層住宅建筑行動的體系，因此，結構設計的體系必須要簡潔和明確，設計師要對施工條件、地理環境、材料供應以及設計要求進行綜合考慮，同時，選擇結構設計方案的時候還要保證施工環境與工程要求相互統一。適合性原則是針對設計的基礎方案提出的，要求設計師要根據地基環境以及工程選址條件來實施基礎設計。
三、結 語
雖然我國高層住宅建筑的數量逐漸上升，但是，施工企業不能盲目追求施工進度和速度，必須要注重建筑質量以及建筑安全。因此，在高層住宅建筑結構設計過程中，要對時展趨勢進行把握，掌握建筑結構設計規范，選擇符合高層住宅建筑實際情況的方案，從本質上提升高層住宅建筑安全性能。此外，設計人員還要不斷更新設計理念和設計意識，端正自身態度，認真負責，設計出安全、高質量的高層建筑結構。
參考文獻：
篇10
1 工程概況
北京地鐵14號線某盾構區間線路平面存在400m、360m半徑曲線各一處，線間距10.0m～15.4m，區間結構覆土厚度13.3m～16.2m。
區間先后側穿某住宅區混凝土框架結構一系列住宅樓，盾構區間與風險源水平凈距最小約7.486m，對應豎向凈距為7.106m，側穿區段總長度為466.957m。場區抗震設防烈度為8度，設計地震基本加速度為0.2g。
圖1.1 左K19+625.75里程相對位置關系圖
2 區間結構模型
盾構區間一般為長通道結構，橫向尺寸遠小于縱向尺寸，故可以簡化為平面問題求解。取縱向1m標準段作為計算單元【2】。
使用階段盾構結構承受荷載
（1）荷載準永久組合：
結構自重、高層住宅樓附加應力、地面超載或地面車輛荷載、水土壓力、列車荷載等。
（2）荷載偶然組合：
結構自重、高層住宅樓附加應力、豎向土層重、水土壓力及地震等效靜載等；
根據人防專業計算經驗北京地區當結構覆土厚度大于6.0m時，五級人防荷載組合不控制結構強度；經初步估算8度地震對結構強度也不起控制作用。因此，本計算書中不再考慮人防、地震組合，僅計算基本組合，標準組合下結構強度與裂縫【3】。
3區間結構計算
3.1 計算參數
由于左線區間距離風險源更近，其受力也更為不利，因而選取左線襯砌進行計算。
穩定水位埋深：20.56m；
抗浮設防水位標高：35m；
區間頂部覆土13.316m，區間線間距10m；
風險源按地上最高22層，地下2層，與區間左線水平凈距5.148m，豎向凈距5.496m；
高層住宅樓基底附加荷載：按每層15KN/m等效計算，
p0=15×22+15×2-20×7.82=203.6KN/m。
3.2 結構受力計算
3.2.1 正常水位
正常水位位于地面以下約20m。
基床系數k=40MN/m3，采用勻質圓環法（水土分算），側壓力系數0. 4。
荷載組合圖示如下
圖3.1 正常水位荷載組合示意圖
（1）按水土分算計算水土壓力：
頂板處qv1=266.32 KN/m，qh1=106.53 KN/m；
圓心高程處qv2=326.32 KN/m，qh2=130.53 KN/m；
底板處qv3=386.32 KN/m，qh3=154.53 KN/m。
（2）地面超載：
豎向20 KN/m，側向=8.0 KN/m。
（3）附加應力計算：
按照矩形均布荷載計算作用在隧道頂部的附加應力，經查表知：
pv1=（α1-α2+α3-α4）p0 =（0.2492-0.2326+0.2493-0.2326）×203.6=6.78KN/m；
ph1=6.78×0.4 =2.71 KN/m。
同樣計算住宅樓引起的隧道圓心高度處和底部附加應力，
pv2=17.45KN/m；ph2=17.45×0.4 =6.98 KN/m；
pv3=27.22KN/m；ph3==10.89KN/m。
計算結構內力如下
表3.1正常水位下計算結果
3.2.2 抗浮水位
抗浮水位絕對高程35m。
荷載組合圖示如下
圖3.2 抗浮水位荷載組合示意圖
經計算，抗浮水位下管片結構內力如下
表3.2正常水位下計算結果
4結論
本案例中，既有高層住宅風險段區間管片受正常水位下的荷載組合控制，每環管片需采用8*?25鋼筋進行設計。
盾構下穿既有高層住宅樓的情況下，可以通過計算區間管片關鍵點處附加應力，再結合地層水土壓力、地面超載、結構自重等荷載計算進行疊加，由此得出管片實際內力，并進行校驗并配筋。
【參考文獻】
篇11
隨著我國城市化建設進程的加快，人們對住宅，特別是小高層及多層住宅平面與空間的要求越來越高，高層住宅建筑大量采用了剪力墻結構。它相對于框架結構更為簡潔、寬敞，使用功能更好，為住戶的自行改造增大了靈活性，加大了使用面積，因此，在高層剪力墻結構設計中，既要發揮這種結構體系的優點，又要改進其工程費用較高的缺點，降低高層建筑剪力墻結構的造價和材料消耗量，這是考核結構設計水平的重要指標。本文根據筆者多年來的工程設計實踐，探討了使高層建筑剪力墻結構設計更經濟的措施。
2、高層建筑目標控制參數
高層設計的難點在于豎向承重構件（柱、剪力墻等）的合理布置，設計過程中控制的目標參數主要有如下七個 ：
2.1 軸壓比
主要為限制結構的軸壓比，保證結構的延性要求，軸壓比不滿足
要求，結構的延性要求無法保證；軸壓比過小，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少相應墻、柱的截面面積。
2.2 剪重比
主要為限制各樓層的最小水平地震剪力，確保周期較長的結構的安全。這個要求如同最小配筋率的要求，算出來的水平地震剪力如果達不到規范的最低要求，就要人為提高，并按這個最低要求完成后續的計算。
2.3 剛度比
主要為限制結構豎向布置的不規則性，避免結構剛度沿豎向突變，形成薄弱層。
2.4 位移比
主要為限制結構平面布置的不規則性，以避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。
2.5 周期比
主要為限制結構的抗扭剛度不能太弱，使結構具有必要的抗扭剛度，減小扭轉對結構產生的不利影響。周期比不滿足要求，說明結構的抗扭剛度相對于側移剛度較小，扭轉效應過大，結構抗側力構件布置不合理。
2.6 剛重比
主要是控制在風荷載或水平地震作用下，重力荷載產生的二階效應不致過大，避免結構的失穩倒塌。剛重比不滿足要求，說明結構的剛度相對于重力荷載過小；但剛重比過分大，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構件的截面面積。
2.7 層間受剪承載力比
主要為限制結構豎向布置的不規則性，避免樓層抗側力結構的受剪承載能力沿豎向突變，形成薄弱層。
3、高層建筑剪力墻結構優化設計分析
3．1高層剪力墻住宅的結構設計的經濟分析
(1)剪力墻結構剛度大，整體性好，用鋼量較省。在高層住宅中，開間均較小，分隔墻較多，采用現澆剪力墻，可將承重墻減少，比較經濟。另外，剪力墻外觀整齊，沒有露梁、露柱現象，便于室內布置，因此在高層住宅中常采用現澆剪力墻結構。
(2)剪力墻結構設計中應注意的問題。剪力墻結構的坑側剛度大，結構周期小，地震響應大；剪力墻結構墻體越多，建筑物的重量越大，地震反應也大，會造成浪費；另外，剪力墻結構墻體多為構造配筋，如果配筋太低，則結構延性差。
剛度較大的結構一般震害較輕，但是，一般情況下，建筑物的剛度越大，工程費用越高。因此，剪力墻結構應滿足規范中的關于結構水平位移和地震力的要求，但如果要做到安全適用，經濟合理，就必須在實際工作中有所判斷，將結構水平位移和地震力控制在合理范圍內，然后檢查結構的內力和配筋。
3.2剪力墻結構構件的合適含鋼量
在以結構設計規范為依據的實際情況中對某高層剪力墻住宅樓的結構計算作整體分析，同時從結構含鋼量的角度作具體分析，從而優化其結構設計。
3.2.1現行規范對鋼筋混凝土構件給出了最小含鋼量
(1)剪力墻端部加強區關于暗柱、端柱、翼柱的構造配筋要求；
(2)剪力墻分布鋼筋的配筋要求；
(3)連梁的配筋要求；
3.2.2因混凝土為泵送商品混凝土，水灰比大，收縮率較大
為滿足要求并根據實際情況，高層建筑合適的含鋼量見下表 1：
種類 受力縱鋼筋
% 非受力縱筋% 箍筋
梁 0.6～1.5 0.3 0.25～0.4（1）
柱
（包括暗柱） 0.5～1.5 0.812（2）
墻 0.35～0.5 0.35～0.5
板 0.35～0.6 0.35～0.6
表1高層建筑合適的含鋼量
3.3優化結構設計，降低工程造價
(1)優化結構設計，使結構受力均衡，技術應用得當，整體安全可靠度一致，任一結構都能同時發揮其最大作用，這樣設計出的結構才能達到既經濟，又合理的目的。
從結構設計整體布局來看，在水平荷載作用下，剪力墻的暗柱配筋往往是構造配筋，暗柱斷面的確定與剪力墻的布置有密切的關系，而構造配筋與暗柱斷面又有著一一對應關系。由于剪力墻布置的差異，一片剪力墻兩端暗柱的斷面可能差6倍～10倍。配筋也相應差6倍～l0倍。而剪力墻在不同方向的水平荷載作用下是具有對稱性的。這樣設計出的結構就會造成極大的浪費，因此，首先調整剪力墻的布置，盡可能使之對稱這樣即節省了造價，又增加了結構安全性。
(2)造成結構浪費往往是由于設計人對某種結構概念理解不透而導致的。例如：某18層綜合樓，由內簡外框組成結構。外框柱距7.2m，外框與內簡距離9 m設計人員將外框邊梁做成lO00mm×750mm，目的是增加邊梁的抗剪能力，引入剪力滯后的概念，加大外框結構的剛度。實際上，該工程由于外框柱距 7.2mm，很難產生剪力滯后效應，邊梁采用lO00mm×750mm與采用350mm×750mm對外框的變形是相同的，不會增加結構的剛度，反而會因為增加重量，加大結構自身的負擔，對結構不利。設計人員如果不能準確把握結構概念，就會造成浪費。
4、應用實例分析
4.1工程概況
本工程位于湖南常德市，所在住宅小區總建筑面積達50萬M2，與本工程類似的住宅樓近二十多棟。如果通過對一棟樓進行結構設計分析，找到其中可優化改進的地方，就可使結構設計得到部分的優化、提高建筑產品的性價比、降低單價造價和整個小區的工程造價。
進行結構設計分析的住宅樓為地下一層，地上三十層的純剪力墻結構。總建筑面積約1.49萬M2，地下一層為車庫，層高均為4.6m，首層架空，層高5.0m；二層及以上層為住宅，層高為3.0m。建筑類別為丙類。II類場地。
4.2結構整體計算
4.2.1整體計算結構
結構自振周期(取前三個振型)見表2
振型號 周期（s） 平動系數 扭轉系數
1 2.3912 0.96 0.04
2 2.2316 0.96 0.04
3 2.0412 0.08 0.92
表2結構自振周期參數
4.2.2結構整體合理性判斷
(1)樓層最小剪重比大于規范容許的“樓層最小地震剪力系數值”較多，結構整體布置還有可優化的空間。
(2)結構平均重量：13.6KN/M2，合理。
作用方向 X Y
樓層最小剪重比 2.46% 2.51%
有效質量系數 95.59% 94.49%
標準層面積 474 M2
總重標準值 42998
樓層最大層間位移與該樓層平均值的最大值 1.29 1.28
樓層最大水平位移與該樓層平均值的最大比值 1.22 1.26
樓層層間最大位移與層高之比的最大值 1/1206 1/1350
底部地震剪力（KN） 4384 4868
表3主要控制參數
(3)自振周期：參照(T1－(0.05～0.08)n=1.5～2.4S)，周期在合理范圍內。
(4)X方向樓層最大層間(水平)位移與該樓層平均值的最大比值為1.29，在規范許可范圍內。
4.3剪力墻及連梁鋼筋用量分析
墻厚根據規范及工程層數，層高情況取值如下：首層及地下層350mm，二～八層及以上墻250mm，其余墻200mm。
設計配筋采用的為包括配筋法。從節省造價角度考慮，可從以下方面適度調減鋼筋：(1)暗柱、連梁等處構件根據計算結構按構造要求配筋(不包括局部按計算配筋的)，其中，墻體分布筋基本與規范最小配筋及其它構造要求相吻合；(2)地下室外墻水平分布筋為φ14@200(二級)。
4.4樓板鋼筋用量分析
考慮電氣埋管要求樓板厚度最小取100 mm。大房間根據板跨，考慮輕質隔墻荷載分別取120 mm幾種。
樓板采用彈性計算。采用的是普通的三級鋼筋，樓板配筋大部分為φ8@200，配筋率0.025％；較合理。
5、結束語
高層建筑剪力墻的經濟性設計受結構布置和剪力墻的形式、剪力墻的厚度、配筋率、結構自重及剛度等多種因素的制約。因此，在進行高層建筑剪力墻結構設計時，高度重視影響結構技術經濟的因素，考慮綜合效益，以達到降低工程造價和材料消耗量的目的，取得更加科學、合理、經濟的設計結果。
參考文獻
篇12
Keywords: high-rise residential buildings; Structure; design
中圖分類號：TU318文獻標識碼： A 文章編號：
引言
自從改革開放以來，中國的建筑行業經歷了一次次質的飛躍，尤其是在上個世紀九十年代至今，中國的房地產業異軍突起，創造了一個又一個的發展奇跡。而隨著近年來城市美化運動的不斷興起，城市在新建建筑和舊有建筑改造方面越來越多的選擇了高層建筑，住宅建筑也是如此。如今，在城市的各種居住小區，高層住宅層出不窮，有數據表明，2001年全國城鎮小區建設中高層住宅數量基本在3%左右，其中大多集中于北京上海廣州等大型城市，十年過去之后的2011年，在新建住宅小區中，高層建筑的比例已經提升至22%，不但中大型城市普遍采用高層住宅設計，小型城市也在不斷向這個方向發展。這固然有人口不斷向城鎮集中的原因，也有土地價格不斷上漲的原因，所以高層建筑必將不斷增多且有進一步發展的趨勢，基于這樣的形勢，高層住宅建筑結構設計的地位變得越來越重要，而在常見的高層住宅建筑結構設計中，為了盡可能的讓建筑使用更合理，成本更低，對其進行優化也是非常必要的。下面本文就以某高層住宅為例對其優化設計進行探討。
1工程概況
某住宅位于A市比較繁華的地段，該住宅樓平面尺寸67.3m×17.9m，總共設計層數為二十七層，其中地下一層，地上為二十六層，頂部設有出屋面電梯機房及水箱間，建筑面積29276.46m2，采用了純剪力墻結構，單元間設一道變形縫，抗震設防烈度七度，設計基本地震加速度為0.15g，設計地震分組為第一組，建筑物場地土類別為Ⅲ類，基本風壓為0.40 kN/m2。變形縫左側標準層剪力墻結構平面布置，其中地下室到第五層剪力墻厚度為：外墻250，內墻200；從第六層到屋頂剪力墻厚度為：外墻200，內墻160；電梯間剪力墻厚均為160。基礎型式為筏板基礎，CFG樁復合地基。采用中國建筑科學研究院PKPM系列軟件進行上部結構和基礎的計算。
2優化設計
2.1設計方案的優化
在純剪力墻中，剪力墻作為抗側力單元，同時承擔豎向荷載和地震作用。本工程通過抗側力構件的合理布置，在地震作用下，使結構的各項目標參數均符合規范要求，并在此前提下，不斷優化，盡量減少剪力墻的數量和厚度，使結構兩方向剛度基本接近，兩個方向水平位移均接近規范限值，結構布置更加經濟合理。并在本地區率先使用160厚剪力墻，從承載力方面來看，使剪力墻的作用得到充分的發揮；從地震作用來看，減小了結構的側向剛度，從而減小結構的地震作用；并因此減輕了建筑的自重，也相應減少了基礎工程的投資。
本工程樓層最大位移：X方向地震力作用下的樓層最大值層間位移角:1/1394；Y方向地震力作用下的樓層最大值層間位移角:1/1220；高規規定剪力墻結構樓層最大值層間位移角限值:1/1000。
2.2基礎及地基處理的優化
高層建筑基礎的合理選型與設計是整個結構設計中的一個極其重要和非常關鍵的部分。基礎的工程造價在高層建筑整個工程造價中所占的比例較高，尤其在地質條件比較復雜的情況下更是如此。所以選用合理的基礎形式或地基處理方式，對降低工程造價起著至關重要的作用。
該工程地基承載力特征值為250kPa，基底壓力為415kPa，天然地基不能滿足設計要求，根據工程地質勘查報告，可采取鉆孔灌注樁或CFG樁復合地基，就這兩種處理方案在滿足承載力和變形的前提下加以比較。方案一：采用泥漿護壁鉆孔灌注樁，樁徑φ800，樁長18米，樁數174根。混凝土用量1574m3，鋼筋用量45t。方案二：采用長螺旋鉆孔泵壓CFG樁復合地基，樁徑φ400，樁長15米，樁數523根。混凝土用量985m3。初步估算，方案一造價為313.2萬元，方案二造價為34.5萬元，僅為方案一的11%。
2.3材料的優化
（1）采用高強度鋼筋
基礎和梁采用HRB400級鋼筋，HRB400級鋼筋強度設計值與HRB335級鋼筋強度設計值之比為360/300=1.2;目前其綜合價格比為1.05，據資料統計，用強度高的HRB400級鋼筋取代強度低的HRB335級鋼筋可節約鋼材約14%，這是降低鋼筋用量最直接的措施。
（2）采用輕質隔墻
內隔墻采用輕質石膏板內隔墻體系，與輕質砌塊隔墻相比，輕質石膏板內隔墻體系具有自重輕、干法作業，安裝效率高，易于拆改、施工快捷，縮短工期的優點，近年來在高層住宅建筑中得以廣泛應用。以99mm厚的輕質石膏板隔墻為例，其重量為23kg/m2，是相同厚度砌塊隔墻重量的28%，可顯著節省建筑承重結構和基礎費用，降低土建結構造價。
結束語
近年來，隨著國家對土地的控制越來越嚴格，以及各種成本的增加，高層建筑開始應用于住宅，而且在很大程度上會成為將來主流的住宅形式。建筑行業的投資往往比較大，企業要想生存發展，就必須要做好相應的成本控制工作，而在目前的高層住宅建筑中，設計工作雖然開展的不錯，但是還是有很多可以優化的地方，只要在滿足相關的規范條件下，優化之后的高層住宅建筑往往可以取得較好的經濟成果。在本文所列舉的工程中，通過以上幾個方面的優化設計，在符合現行國家規范前提下，減少了建筑的混凝土用量和鋼筋用量，即取得了較好的經濟指標，并達到了較佳的設計效果。
參考文獻：
[1]王燕，王維.淺談高層建筑結構分析與設計[J].山西建筑.2008(05).
篇13
Keywords: high buildings, shear wall, conversion layers, component design
中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：
1 工程概況
某高層住宅工程，采用框支剪力墻結構，總建筑面積為215300.18㎡，住宅首層架空，轉換層以上為25層、27層、28層住宅。有兩層人防地下室，總建筑面積：1210.9㎡，建筑類別為一類，抗震設防烈度為7度。
2住宅轉換層結構設計
2.1確定抗震等級
本工程轉換層以下為框架—剪力墻結構，轉換層以上為純剪力墻結構，是多層結構高層建筑，從而不能以單純的框架結構或者剪力墻結構形式來確定抗震等級，而應該嚴格按照現行規范的不同章節，分別針對性地確定結構體系各部位不同結構構件的抗震等級。該工程屬“框支剪力墻”結構，地上高度79.8m，轉換層設在三層樓面(屬高位轉換)，其框支框架抗震等級為一級，加強部位剪力墻抗震等級為一級，非底部加強部位剪力墻抗震等級為二級。
2.2調整上部與下部結構
建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變，然而帶轉換層的結構顯然有悖于此,因此《高規》對轉換層結構的側向剛度作了專門規定。對該工程而言，屬于高位轉換，轉換層上下等效側向剛度比宜接近于1，不應大于1.3。在設計過程中，應把握的原則歸納起來就是要強化下部，弱化上部，盡量避免出現薄弱層。可采用以下幾點方法進行調整：
（1）應與建筑工程師協商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可以在底部增設部分剪力墻(不伸上去)。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還通過與建筑專業協商，讓兩側各有一片剪力墻落地，并且北部還有一大片L型剪力墻也落地。這些措施大大增強了底部剛度。
（2）底部剪力墻厚度應加大，而減小上部剪力墻厚度，轉換層以下剪力墻厚度取為300~500mm,上部厚度取為200mm。
（3）底部剪力墻應不開洞，以造成剛度削弱太多。
（4）采用C55混凝土，以提高墻混凝土強度等級。
2.3合理布置平面結構
本工程轉換層下部為框架-剪力墻結構，體形復雜，不規則；轉換層上部為純剪力墻結構，由于建筑布置的不對稱，剪力墻的布置經過多次試算，最后結果是質量中心與剛度中心偏差不超過1m，結構偏心率較小。除核心筒外，其余部位剪力墻布置分散、均勻，且盡量沿周邊布置，以增強整體抗扭效果。通過有關的計算結果，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為0.81，各樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移與樓層平均值的比值不大于1.4，均滿足平面布置及控制扭轉的要求。可見工程平面布局規則合理，抗扭效果良好。
3 住宅結構計算與分析
本工程主要運用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制的《高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件》SATWE進行分析計算。計算結果如表1所示。
表1：住宅樓(24層)前五個結構計算周期
X方向的地震作用最小剪力系數為1.77%，Y方向的地震作用最小剪力系數為1.91%。最大層間位移見2表：
表2：住宅樓(24層)最大層間位移
轉換層位于三層，轉換層上下剛度比為：X方向:0.9839，Y方向:1.1982
結論：2棟1座樓周期、位移均正常。
4住宅結構構件設計
4.1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%。框支柱為非常重要的構件，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。
（3）為了加強轉換層上下連接，框支柱其上部有墻體范圍內的縱筋應伸入上部墻體內一層；其余在墻體范圍外的縱筋則水平錨入轉換層梁板內，滿足錨固要求。抗震設計時，規范規定了剪力墻底部加強部位包括底部塑性鉸范圍及其上部的一定范圍，其目的是在此范圍內采取增加邊緣構件箍筋和墻體縱橫向鋼筋等抗震加強措施，避免脆性的剪切破壞，改善整個結構的抗震性能。
4.2框支梁設計
框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度不小于其墻上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于計算跨度的1/6。
（1）本工程框支梁寬度為500~1000mm。框支梁受力巨大且受力情況復雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位，是一個復雜而重要的受力構件，因而在設計時應留有較多的安全儲備。
（2）一級抗震等級的框支梁縱筋配筋率不得小于0.5%。框支梁一般為偏心受拉構件，梁中有軸力存在，因此應配置足夠數量的腰筋，腰筋采用φ18，沿梁高間距不大于200mm，并且應可靠錨入支座內。框支梁受剪力很大，而且對于這樣的抗震重要部位，更應強調“強剪弱彎”原則，在縱筋已有一定富余的情況下，箍筋更應加強，譬如某根700寬框支梁箍筋采用φ16@100六肢箍全長加密，配箍率達到1.18%。
4.3樓板設計
框支剪力墻結構以轉換層為分界，上下兩部分的內力分布規律是不同的。
（1）在上部樓層，外荷載產生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配；
（2）在下部樓層，由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異，水平剪力主要集中在落地剪力墻上，即在轉換層處荷載分配產生突變。
（3）由于轉換層樓板承擔著完成上下部分剪力重分配的任務，且轉換層樓板自身必須有足夠的剛度保證，故轉換層樓板采用C40混凝土，厚度200MM，￠12@150鋼筋雙層雙向整板拉通，配筋率達到0.41%。
（4）為了協助轉換層樓板完成剪力重分配，將該層以上及以下各一層樓板也適當加強，均取厚度150MM。
5結束語
綜上所述，在高層建筑轉換層的結構設計時，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，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
