住宅楼结构设计第1篇

关键词: 住宅综合楼；结构设计；技术措施

一、工程概况

该工程占地面积22161m2,总建筑面积68740m2。主要包括南北两排高级住宅综合楼和东西两侧公建。南侧住宅综合楼(B～G座)地上8层,北侧住宅综合楼(J～R座) 地上8～10层。南北住宅综合楼均为剪力墙结构,南楼局部设有框支梁。东侧公建(H 座)地上2层,为高配套商业用房,框架结构；西侧公建(A座)地上4层,为文化娱乐、健身中心,框架结构。南北住宅综合楼均设有两层地下室,南楼地下2层战时为六级人防物资库、平时为汽车库,北楼地下2层为设备用房,南北楼地下1层均为自行车库。南北住宅综合楼中间局部设有地下室,位于地下2层,为单纯汽车库,其西侧局部从地下2层至地面为游泳池,框架结构(局部含有剪力墙)。

两栋住宅综合楼中间地面拟建社区公园,有假山、音乐喷泉、热带树木、草坪、健身器材、夜景照明等。工程地下2层及首层平面如图1、图2所示。

二、工程特点

本工程整体设计思路要求典雅、高级、舒适。建筑立面风格追求欧式古典主义,平面布置讲究高度灵活性,可以居住、办公。为追求大尺度,部分户型房间开间达到12.8m,进深达到14.7m。户型建筑面积在200～500m2,顶层带跃层。由于开发商要求功能多样化、适应性强、个性鲜明,使得建筑设计平面与立面复杂、多变。所以与一般工程相比,本工程有鲜明特点,结构设计不利因素相对集中,体系相对复杂,给结构设计带来了很大难度,其结构特点具体体现在以下几个方面:

1.高差悬殊(住宅综合楼与汽车库高差达8～11层)；

2.超长混凝土结构(地下2层建筑长度达177m)；

3.大跨度楼板(最大板跨12.8m)；

4.错层集中(两个部位剪力墙两侧层高分别为218m、3.0m,楼板层层交错设置)；

5.不规则坡屋顶(四坡屋项带老虎窗)，

6.部分剪力墙不能直接落在基础上(主要为南楼折线形外墙)。另外,本工程部分地下室设有人防层、游泳池。

三、技术措施

缘于本工程复杂性,经过反复论证、综合分析比较,确定设计原则如下:

住宅整体结构采用剪力墙体系,墙体厚度为300mm到顶,局部楼电梯间处墙厚200mm,以提高结构整体性以及抗侧移刚度,并可以满足“新规范”对剪力墙厚度的要求。

楼板采用大板块现浇预应力混凝土结构。

针对该工程结构特点,具体技术措施如下:

1.高差悬殊问题

设置两道沉降缝将南北住宅综合楼与中间地下汽车库完全脱开,沉降缝宽度为100mm,缝内用粗砂填实。具置详见图1地下2层结构平面图。

2.结构超长问题

从地下1层开始设置伸缩缝将南北住宅综合楼分成若干单体,缝宽100mm。仍然超长的设置伸缩后浇带,后浇带宽800mm,主体结构施工完后两个月用高一强度等级混凝土并加适量微膨胀剂浇灌,附加温度钢筋,加强施工养护,以解决混凝土结构超长问题。具置详见图2。

3.大跨度楼板问题

本工程结构最大板块跨度为12.8m×14.7m,根据工程经验确定板厚为280mm。先采用普通混凝土结构经过详细计算,在较大配筋率(0.65%)情况下承载力极限状态可以满足,混凝土相对受压区高度ξ(0.14)不超限。但是正常使用极限状态下裂缝宽度验算为ωmax=0.35mm,超过限值ωlim=0.3mm；板块最大挠度为f=0.0698m,远远超出限值[f]=0.043m,无法满足正常使用极限状态下裂缝宽度与挠度验算的要求。

经分析比较,认为配置预应力钢筋是比较合理的,配筋率比较经济,挠度和裂缝问题均能很好解决,并可达到建筑上灵活设置隔墙、家庭办公等要求。另外,在板块上部中间部位增设温度钢筋,以提高楼板抗变形能力。

4.楼板错层问题

由于开发商特殊要求,本工程两个部位出现错层集中现象,剪力墙两侧层高分别为218m、310m,具体为Q、R座中间墙,J、K座中间墙。这样使得楼板层层交错,而且错层部位楼板高差不一致,如图3 所示。

由于楼板起到传递和分配水平力的作用,楼板错层造成局部应力集中和剪力墙平面外、平面内短墙受弯等情况,对结构十分不利。

五、地基基础

根据本工程详细“地勘”报告,地基持力层为第四纪沉积粘质粉土、砂质粉土④层,地基承载力标准值综合取值为fk=160kPa,地下水近3～5年最高水位为自然地面下3m。

根据地基承载力标准值经深度修正已达到f=260kPa(基础埋深为自然地面下9m),以层数较多的北楼为代表,结构竖向力标准值(D+L)为246kPa,地基承载力完全可以满足要求,采用天然地基没有问题。地下室抗浮验算也无问题。中间地下汽车库采用上反肋梁式筏形基础,底板厚500mm,基础梁800mm×1200mm；南楼亦采用上反肋梁式筏形基础,底板厚1000mm,基础梁800mm×1200mm；北楼采用平板式筏形基础,沿墙体做暗梁,底板厚1000mm。

南北楼基础底板系根据板格跨度及施工方便,综合考虑统一确定厚度为1000mm。

基础亦在适当位置设置伸缩后浇带,具置同上部结构,详见图1地下2层结构平面图。

结束语

通过本工程设计实践,对结构设计有了更广泛了解和深入体验,并获得了一些新的认识。

1.现阶段建筑方案复杂、多变,造成工程中结构不利因素过于集中。结构师有必要在方案阶段引导建筑师重视结构问题,根据建筑物高度、使用功能等合理地选择结构体系,恰当地设计建筑物的平面形状以及体型,对结构进行合理布置,以求做到建筑美观、结构安全、经济适用。

2.结构师要全面了解各种结构形式的受力特点、关键部位、关键构件。对于复杂工程,分析归纳其结构特点,有针对性地采取技术措施,合理地简化计算模型,才能从整体上把握工程,很好地解决实际问题。做到既符合规范要求,又满足工程需要。

住宅楼结构设计第2篇

关键词：小高层结构；短肢剪力墙；结构设计

Abstract: in this paper, according to the author's working practice, taking a small high-rise residential building as an example, discusses the structure optimization design of residential buildings.

Keywords: small high-rise structure; short pier shear wall structure design;

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

1 工程概况

本工程为高层住宅楼，其中地上9 层，层高3m；9 层上有个跃层为第10 层，局部突出屋面部分为电梯机房。建筑总面积为4337.18m，建筑总高为27.600m。本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8 度，设计基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第一组，地面粗糙度C 类，基本风压值取值0.35kN/㎡，场地土类别为Ⅱ类。

2 结构方案布置

原结构方案采用一般的剪力墙结构，这种结构形式对于房屋高度不太大的小高层建筑来说，这种结构会造成刚度过大，重量增加，导致地震反应过强，使得上部结构和基础造价提高。所以，为了有效提高经济指标，经多方案论证，决定采用短肢剪力墙结构体系。

在本住宅结构平面布置中，尽量使结构平面形状和刚度均匀对称。短肢剪力墙双向布置，尽量拉通、对直。竖向布置中，力求规划均匀，避免有过大的外挑、内收，以及楼层刚度沿竖向突变，使整个房屋的抗侧刚度中心靠近水平荷载合力的作用线，以免房屋发生扭转。根据建筑的平面布置，在房间、楼梯间、电梯间的四角，采用Z 形、L 形、T形或异形的墙肢。在设计过程中还应注意同周期的关系，使结构的第一自振周期避开场地土的卓越周期，以免地基与结构形成共振或类共振， 既保证结构在风和地震荷载作用下的变形控制在规范允许的范围内，又要保证建筑物有相对合理的自振周期，做到结构设计经济、合理且实用。

本方案根据上述建议经过多次调试，得到了4 种结构方案，结构平面布置见图1。剪力墙截面厚度同相邻砌体填充墙厚度均为200mm。剪力墙、梁混凝土强度等级为C30。板的混凝土强度等级均为C25。主要连梁的尺寸大都为200mm×400mm。标准层楼板厚度为120mm，顶层楼板厚度为150mm。有别于肢长肢厚比不大于4.0 的异形柱，短肢剪力墙的肢长肢厚比按规范要求控制在5～8 范围内，一般剪力墙的肢长肢厚比均大于8。值得注意的是，对肢长肢厚比为4～5范围内的墙肢，目前规范尚无明确条文规定其构件类型，故设计时建议不要采用。

由于原方案的剪力墙过多，使底部剪力过大，使结构很不经济，同时布置了少量钢筋混凝土柱子，使结构不是很合理。故方案1 在原方案的基础上去掉了构造柱并减少了少量的剪力墙(见图a)。在方案1基础上适当的减少一些剪力墙，从而使方案更经济，在调试过程中由于F 轴剪力墙较少，从而使电梯间X 方向的剪力墙承受过大的剪力造成超筋，故把电梯间X 方向的剪力墙开洞口，使结构X 向的刚度减少。(见图b)方案3 是在方案2 的基础上改善了Y 方向的刚度，使两个方向的刚度相接近，使结构更合理且均匀对称(见图c)。

a- 方案1；b- 方案2；c- 方案3；d- 方案4

图1 结构平面布置

在方案3 的基础上把Y 方向的一些T 型剪力墙变成一字型，虽然在多高层住宅设计中剪力墙结构应尽量避免一字型，但由于该结构的实际情况，所某小高层住宅楼的结构优化设计，采用了部分一字型(见图d)。

3 上部结构抗震计算结果分析

3.1 计算结果分析

从构件力学特性上来说，短肢剪力墙的肢长与肢厚比≥5.0，更接近于剪力墙，故计算时将短肢剪力墙作为剪力墙而不是柱考虑应更合理。因此，结构整体计算采用中国建筑科学研究院开发的SATWE程序进行。SATWE 采用的是在每个节点有六个自由度的壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙墙元不仅具有平面内刚度也具有平面外刚度，可以较好地模拟工程中剪力墙的真实受力状态，计算结果较精确；同时，对楼板SATWE 可以考虑其弹性变形。虽然主楼结构平面较规则，立面也无刚度突变现象，但由于刚度较大的电梯井处筒体有点偏置，会产生扭转的影响，为了计算准确，地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和5%偶然偏的影响，取了27 个振型计算。

1) 自振周期的控制

考虑扭转耦联时的自振周期(计算时自振周期折减系数取0.8)如表1(只列了前6 个)所示。从表1 可得，方案4 结构扭转为主的第一自振周期T3=0.9959s，平动为主的第一自振周期T1=1.1656s，T3/T1=0.854

2) 结构位移的控制

最大层间位移角(应≤1/1000)、最大水平位移与层平均位移的比值(不宜大于1.2，不应大于1.5)及最大层间位移与平均层间位移的比值(不宜大于1.2，不应大于1.5)见表2。从中可以看出，结构在风荷载和地震作用下的位移均能很好地满足规范限值。

3）剪重比控制

剪重比是反映结构承受地震作用大小的指标之一，地震力计算不能偏大，但也不能太小。因为短肢剪力墙本身抵抗地震的能力较差，如果短肢剪力墙分配的地震力太大，则很有可能不满足要求。本工程X 方向的最小剪重比为4.50%，Y 方向的最小剪重比为4.62%，根据“抗震规范”(5.2.5)条要求的X、Y 向楼层最小剪重比均为3.20%，所以各层均满足要求。

4）轴压比

轴压比是体现墙肢抵抗重力荷载代表值作用下的能力，“规范”对短肢剪力墙(尤其一字墙肢)要求更高一些。上述工程出现的短肢剪力墙轴压比在0.20～0.45之间，轴压比小于规范规定值。

表1 结构自振周期

表2 结构位移

注:括号内的数值表示出现的楼层号。

表3 结构轴压比

3.2 结构经济分析

为了与工程实际情况相符，假设混凝土的成本与混凝土的体积成正比，钢筋的成本与钢筋的体积成正比。在总造价上，暂不考虑模板及楼板等工程的造价影响。材料的单方造价混凝土为430 元/m3，钢筋4200 元/t。表4 为方案的经济指标汇总。由表4 知，方案4 比原结构在总造价上要节约17.8%。使材料得到了充分的发挥。

表4 结构经济指标

住宅楼结构设计第3篇

关键词：剪力墙；位移比；变形缝；延性；抗震构造

1工程概况

某工程为一幢高层住宅建筑，总长65.26m，总宽21.6m，地下一层，地上33层，层高2.9rn，建筑高度为95，70m，建筑面积36750m2。住宅标准层平面由二个相同的单元组合而成，平面布置图如图1所示。剪力墙结构，工程按8度抗震烈度设防，地震基本加速度为0.15g,剪力墙抗震等级为一级。湿陷性黄土地基。

图1标准层结构平面布置图（mm）

2地基与基础

根据该工程详勘报告，本工程由浅至深的土层分别为填土、素填土、黄土1、黄土1、黄土2、古土壤2、中砂(见表1)。根据剪切波速测试结果，拟建场地土层范等效剪切波速平均为为254.6m/s，且场地覆盖层大于5m，根据GB50011-2001规范表4.1.6。建筑场地类别为Ⅱ类。根据地堪报告本场地属于Ⅱ级自重湿陷黄土地基。

该高层住宅楼为湿陷性黄土场地上的甲类建筑，依据，《GB50025-2004》规范，甲类键筑应消除地基的全部湿陷量或采用桩基穿透全部湿陷黄土层，或将基础设置在非湿性黄土层上；防水措施可按一般地区规定设计。根据本工程特性，地基处理方案应同时满足消除湿陷性及上部荷载的要求，而天然地基及复合地基均难以达到荷载和变形要求。因此该建筑采用桩基方案。基础型式采用钢筋混凝土筏板基础，筏板厚1600mm，筏板外挑300mm。基础与灌注桩桩顶之间设置100mm素混凝土垫层，保证基础受力均匀。

3主体结构设计

3.1变形缝设置

依据伸缩缝最大间距控制要求，钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝间距不大于45m，故在本工程中部设置一道变形缝，缝宽400mm，同时满足抗震缝宽度要求。鉴于地下室变形缝对建筑防水的不利影响，故筏板基础及地下室不设变形缝，而是通过设置后浇带来满足结构需要。后浇带宽800mm，由筏板、地下室外墙、地下室顶板贯通设置，后浇带处钢筋不断，待两个月后用强度等级高一级的不收缩混凝土浇注。

3.2结构计算与分析

本工程抗震设防烈度为8度，基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，特征周期为凡=0.35s。建筑场地类别为II类。剪力墙抗震等级为一级。基本风压为0.4kN/m2，基本雪压为0.35kN/m2。采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件(2008年5月版)的SATWE程序进行结构分析。

由于本工程平面凹凸不规则，故采用符合楼板平面内实际刚度变化的不规则结构计算模型，并且考虑偶然偏心和双向地震作用。施工荷载采用逐层加载方法。地震计算振型个数取15，风荷载体型系数取1.3。结构分析采用楼层刚度分析法。计算结果见表2、表3、表4。

由以上计算结果可以得出:基底剪力系数即楼层剪重比大于3.2%，满足规范对楼层最小剪重比的要求;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之比为0.78小于规范规定的最大限值0.9，表明该结构扭转效应符合规范要求;层间位移小于规范限值，保证结构的整体抗震性能;同时考虑偶然偏心的扭转位移比小于1.2，表明该结构不属于扭转不规则结构。另外，从JCCAD程序中可以得出该结构质心与刚度中心的偏心距比值符合规范要求，表明本工程结构选型合理。

3.3杭震措施与构造

我国的结构抗震设计方案采用的是较低地震力―较高延性方案:采用明显小于设防烈度的小震地面运动加速度来确定结构的设计地震作用，并通过与其他荷载内力进行组合，来完成结构的截面设计。在地震反应过程中，主要通过钢筋混凝土结构屈服后形成的延性耗能机构，达到抗震设防的目标。

在设计过程中，主要通过内力调整和构造措施，确保钢筋混凝土结构在低设计地震力的情况下具有足够的延性。

1)设计中，进行了以下几方面的内力调整:结构自振周期折减，折减系数为0.95;梁端负弯矩折减，取折减系数为0.55;连梁刚度折减，折减系数为0.7;梁扭矩折减，折减系数为0.4;对于跨高比大于2.5的连梁，梁端剪力设计值应考虑梁端计算弯矩的影响进调整，增大系数为1.1;底部加强部位剪力墙的剪力设计值增大，增大系数为1.6。

2)设计中，采取了以下几方面的构造措施:在剪力墙中设置构造边缘构件;墙体分布筋最小配筋率不小于0.25%;1100mm高连梁腰筋截面直径不小于10mm;。

以上构造措施主要用来加强各类构件的抗剪能力，使其不致于在强烈地震作用下，结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏。进而保证达到规范要求的“强剪弱弯”能力。

3)在抗震结构中，楼板不但承受竖向荷载，而且对传导水平力，协同各抗侧力构件工作起着非常重要的作用，故我们一方面应该尽量减小板厚，降低结构荷载，同时，也必须保证楼板足够的刚度进而保证结构抗震的整体性。综合考虑，本工程地下室顶板，板厚200mm采用双层双向配筋，标准层电梯和心筒板厚取120mm。采用双层双向配筋。另外在平面凹凸位置加大连梁断面以减小扭转变形。屋面楼板考虑温度作用采用双层双向配筋。

4结语

通过对上述工程实例的介绍与分析，掌握了高层剪力墙的一般设计方法，并从中获得几点体会:

1)结构选型，特别是结构缝的设置应加以重视，即要满足规范、规程的要求，但同时也要兼顾工程实际中遇到的问题，灵活处置。

住宅楼结构设计第4篇

关键词：住宅大楼；越长结构；大跨度楼板；楼板错层；坡屋面；框支梁

Abstract: with the continuous development of society, the people to demand more and more residential structure, this paper is a residential complex building of engineering structure characteristics unfavorable factors to take corresponding technical measures, and analysis and reference.

Keywords: residential buildings; More long structure; Big span floor; Floor wrong layer; Slo spring Box a beam

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 工程简介

该工程占地面积22161m2 ,总建筑面积68740m2 。主要包括南北两排高级住宅综合楼和东西两侧公建。南侧住宅综合楼(B～G座) 地上8 层,北侧住宅综合楼(J～R 座) 地上8～10 层。南北住宅综合楼均为剪力墙结构,南楼局部设有框支梁。东侧公建(H 座) 地上2 层,为高配套商业用房,框架结构;西侧公建(A 座) 地上4 层,为文化娱乐、健身中心,框架结构。南北住宅综合楼均设有两层地下室,南楼地下2层战时为六级人防物资库、平时为汽车库,北楼地下2 层为设备用房,南北楼地下1 层均为自行车库。南北住宅综合楼中间局部设有地下室,位于地下2 层,为单纯汽车库,其西侧局部从地下2 层至地面为游泳池,框架结构(局部含有剪力墙) 。两栋住宅综合楼中间地面拟建社区公园,有假山、音乐喷泉、热带树木、草坪、健身器材、夜景照明等。

2 结构特点

本工程整体设计思路要求典雅、高级、舒适。建筑立面风格追求欧式古典主义,平面布置讲究高度灵活性,可以居住、办公。为追求大尺度,部分户型房间开间达到12.8m ,进深达到14.7m。户型建筑面积在200～500m2 ,顶层带跃层。

由于开发商要求功能多样化、适应性强、个性鲜明,使得建筑设计平面与立面复杂、多变。所以与一般工程相比,本工程有鲜明特点,结构设计不利因素相对集中,体系相对复杂,给结构设计带来了很大难度,其结构特点具体体现在以下几个方面:

1) 高差悬殊(住宅综合楼与汽车库高差达8～11 层) ;

2) 超长混凝土结构(地下2 层建筑长度达177m) ;

3) 大跨度楼板(最大板跨12.8m) ;

4) 错层集中(两个部位剪力墙两侧层高分别为2.8m、3. 0m ,楼板层层交错设置) ;

5) 不规则坡屋顶(四坡屋项带老虎窗) ;

6) 部分剪力墙不能直接落在基础上(主要为南楼折线形外墙) 。

另外,本工程部分地下室设有人防层、游泳池。

3 技术施工

本工程复杂性,经过反复论证、综合分析比较,确定设计原则如下:

住宅整体结构采用剪力墙体系,墙体厚度为300mm 到顶,局部楼电梯间处墙厚200mm ,以提高结构整体性以及抗侧移刚度,并可以满足“新规范”对剪力墙厚度的要求。楼板采用大板块现浇预应力混凝土结构。针对该工程结构特点,具体技术措施如下:

1) 高差悬殊问题

设置两道沉降缝将南北住宅综合楼与中间地下汽车库完全脱开,沉降缝宽度为100mm ,缝内用粗砂填实。

2) 结构超长问题

从地下1 层开始设置伸缩缝将南北住宅综合楼分成若干单体,缝宽100mm。仍然超长的设置伸缩后浇带,后浇带宽800mm ,主体结构施工完后两个月用高一强度等级混凝土并加适量微膨胀剂浇灌,附加温度钢筋,加强施工养护,以解决混凝土结构超长问题。

3) 大跨度楼板问题

本工程结构最大板块跨度为12.8m ×14.7m ,根据工程经验确定板厚为280mm。先采用普通混凝土结构经过详细计算,在较大配筋率(0.65 %) 情况下承载力极限状态可以满足,混凝土相对受压区高度ξ(0.14) 不超限。但是正常使用极限状态下裂缝宽度验算为ωmax = 0.35mm ,超过限值ωlim =0.3mm;板块最大挠度为f = 0.0698m ,远远超出限值[ f ] =0.043m ,无法满足正常使用极限状态下裂缝宽度与挠度验算的要求。

4) 楼板错层问题

由于开发商特殊要求,本工程两个部位出现错层集中现象,剪力墙两侧层高分别为2.8m、3.0m ,具体为Q、R 座中间墙,J 、K座中间墙。这样使得楼板层层交错,而且错层部位楼板高差不一致。

具体处理措施为:加强错层部位剪力墙厚度,将该部位剪力墙厚度调整为400mm ,以提高剪力墙平面外刚度;剪力墙抗震等级提高一级,剪力墙分布钢筋配筋率提高到0.5 % ,并适当增加暗柱数量和配筋等。

在结构计算上采用弹性楼板假定。

5) 坡屋面问题

由于建筑立面要求,屋顶做成不规则坡屋面形式,水平跨度都在10～12.8m左右。下部为300mm 厚剪力墙结构,用层高限制,无法设置托柱梁,更不宜在屋脊交点位置楼板上设置立柱,形成不了框架结构,所以这种不规则坡屋面给结构设计造成很大困难。经过多种结构形式的比较分析、反复试算,确定采用空间刚架方案来解决,即在屋顶沿屋脊位置、窗间墙位置设置斜柱,柱截面高度与墙厚相等为300mm,柱截面宽度确定为600mm,并在屋顶部设置水平拉梁以构成空间刚架。

6) 框支梁问题

由于南楼地下2 层出挑部分为汽车库,采用大柱网框架结构布置。住宅部分从地下1 层开始,其部分外墙(南侧外墙) 不能落到基础上,而且外墙沿几条轴线布置,走向形成折线外形。轴线间距在各个部位不等,大部分为2 000mm。结构处理方法为采用框支托梁形式,把整个折线形外墙托起,以承担竖向荷载并传递水平地震力。经计算采用1000mm 高度没有问题,宽度各个部位有所不同,大部分为2500mm。

4 结构计算

本建筑抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为8°,场地土类别为Ⅱ类,住宅部分框架、剪力墙抗震等级均为二级,框支框架抗震等级提高为一级,单纯地下车库部分抗震等级确定为三级。采用中国建筑科学研究院PKPM 工程部编写的《SATWE》程序计算。由于主体结构在地下2 层开始采用沉降缝全部断开,分成了三个部分,其中汽车库仅设置于地下2 层,南北住宅综合楼地上层数较多,较为典型,尤以南楼具有代表性,现将南楼一部分(BCDE 座) 结构整体计算情况简单介绍如下:

1) 地震作用下层间位移角曲线

a - X 方向最大层间位移角= 1/1 821 ;

b - Y 方向最大层间位移角= 1/3 210

图1 X 、Y 方向最大层间位移角曲线

2) 地震作用下最大反应力曲线

3) 地震作用下结构周期周期如表1。

表1 地震作用下的结构周期

图2 X 、Y 方向最大楼层反应力曲线ƒ

a - x 方向;b - y 方向

图3 质心振动

地震力Q0 X = 32 216kN ,Q0 Y = 36 014kN

剪重力Q0 X/Ge = 13.74 % ,Q0 Y/Ge = 15.36 %

最大层间位移= 1/1 821

轴压比μ:绝大部分剪力墙轴压比μ≈0 ,个别小墙肢最大轴压比μ= 0.23。

框架梁、柱、剪力墙、连梁配筋均无超筋情况,从整体计算结果看,本工程结构布置比较合理。

5 地基基础

本工程由中国建筑科学研究院地质勘察公司提供详细“地勘”报告,地基持力层为第四纪沉积粘质粉土、砂质粉土④层,地基承载力标准值综合取值为f k = 160kPa ,地下水近3～5年最高水位为自然地面下3m。

中间地下汽车库采用上反肋梁式筏形基础, 底板厚500mm ,基础梁800mm ×1200mm;南楼亦采用上反肋梁式筏形基础,底板厚1 000mm ,基础梁800mm×1200mm;北楼采用平板式筏形基础,沿墙体做暗梁,底板厚1000mm。南北楼基础底板系根据板格跨度及施工方便,综合考虑统一确定厚度为1000mm。基础亦在适当位置设置伸缩后浇带,具置同上部结构。

6 结束语

住宅楼结构设计第5篇

关键词：结构设计；大跨度楼板；楼板错层；框支梁

1工程概况

本住宅综合楼,由某房地产公司投资兴建,入住居民可以俯瞰公园全景,是集居住、休闲、健身、购物、家庭办公于一体的多功能公寓式高级住宅。

该工程占地面积22161m2 ,总建筑面积68740m2 。主要包括南北两排高级住宅综合楼和东西两侧公建。南侧住宅综合楼(B～G座) 地上8 层,北侧住宅综合楼(J～R 座) 地上8～10 层。南北住宅综合楼均为剪力墙结构,南楼局部设有框支梁。东侧公建(H 座) 地上2 层,为高配套商业用房,框架结构;西侧公建(A 座) 地上4 层,为文化娱乐、健身中心,框架结构。南北住宅综合楼均设有两层地下室,南楼地下2层战时为六级人防物资库、平时为汽车库,北楼地下2 层为设备用房,南北楼地下1 层均为自行车库。南北住宅综合楼中间局部设有地下室,位于地下2 层,为单纯汽车库,其西侧局部从地下2 层至地面为游泳池,框架结构(局部含有剪力墙) 。

两栋住宅综合楼中间地面拟建社区公园,有假山、音乐喷泉、热带树木、草坪、健身器材、夜景照明等。

2 结构特点

本工程整体设计思路要求典雅、高级、舒适。建筑立面风格追求欧式古典主义,平面布置讲究高度灵活性,可以居住、办公。为追求大尺度,部分户型房间开间达到12.8m ,进深达到14.7m。户型建筑面积在200～500m2 ,顶层带跃层。

由于开发商要求功能多样化、适应性强、个性鲜明,使得建筑设计平面与立面复杂、多变。所以与一般工程相比,本工程有鲜明特点,结构设计不利因素相对集中,体系相对复杂,给结构设计带来了很大难度,其结构特点具体体现在以下几个方面:

1) 高差悬殊(住宅综合楼与汽车库高差达8～11 层) ;

2) 超长混凝土结构(地下2 层建筑长度达177m) ;

3) 大跨度楼板(最大板跨12.8m) ;

4) 错层集中(两个部位剪力墙两侧层高分别为2.8m、3. 0m ,楼板层层交错设置) ;

5) 不规则坡屋顶(四坡屋项带老虎窗) ;

6) 部分剪力墙不能直接落在基础上(主要为南楼折线形外墙) 。

另外,本工程部分地下室设有人防层、游泳池。

3 技术施工

缘于本工程复杂性,经过反复论证、综合分析比较,确定设计原则如下:

住宅整体结构采用剪力墙体系,墙体厚度为300mm 到顶,局部楼电梯间处墙厚200mm ,以提高结构整体性以及抗侧移刚度,并可以满足“新规范”对剪力墙厚度的要求。楼板采用大板块现浇预应力混凝土结构。针对该工程结构特点,具体技术措施如下:

1) 高差悬殊问题

设置两道沉降缝将南北住宅综合楼与中间地下汽车库完全脱开,沉降缝宽度为100mm ,缝内用粗砂填实。

2) 结构超长问题

从地下1 层开始设置伸缩缝将南北住宅综合楼分成若干单体,缝宽100mm。仍然超长的设置伸缩后浇带,后浇带宽800mm ,主体结构施工完后两个月用高一强度等级混凝土并加适量微膨胀剂浇灌,附加温度钢筋,加强施工养护,以解决混凝土结构超长问题。

3) 大跨度楼板问题

本工程结构最大板块跨度为12.8m ×14.7m ,根据工程经验确定板厚为280mm。先采用普通混凝土结构经过详细计算,在较大配筋率(0.65 %) 情况下承载力极限状态可以满足,混凝土相对受压区高度ξ(0.14) 不超限。但是正常使用极限状态下裂缝宽度验算为ωmax = 0.35mm ,超过限值ωlim =0.3mm;板块最大挠度为f = 0.0698m ,远远超出限值[ f ] =0.043m ,无法满足正常使用极限状态下裂缝宽度与挠度验算的要求。

经分析比较,认为配置预应力钢筋是比较合理的,配筋率比较经济,挠度和裂缝问题均能很好解决,并可达到建筑上灵活设置隔墙、家庭办公等要求。

另外,在板块上部中间部位增设温度钢筋,以提高楼板抗变形能力。

4) 楼板错层问题

由于开发商特殊要求,本工程两个部位出现错层集中现象,剪力墙两侧层高分别为2.8m、3.0m ,具体为Q、R 座中间墙,J 、K座中间墙。这样使得楼板层层交错,而且错层部位楼板高差不一致。

由于楼板起到传递和分配水平力的作用,楼板错层造成局部应力集中和剪力墙平面外、平面内短墙受弯等情况,对结构十分不利。

具体处理措施为:加强错层部位剪力墙厚度,将该部位剪力墙厚度调整为400mm ,以提高剪力墙平面外刚度;剪力墙抗震等级提高一级,剪力墙分布钢筋配筋率提高到0.5 % ,并适当增加暗柱数量和配筋等。

在结构计算上采用弹性楼板假定。

5) 坡屋面问题

由于建筑立面要求,屋顶做成不规则坡屋面形式,水平跨度都在10～12.8m左右。下部为300mm 厚剪力墙结构,用层高限制,无法设置托柱梁,更不宜在屋脊交点位置楼板上设置立柱,形成不了框架结构,所以这种不规则坡屋面给结构设计造成很大困难。

经过多种结构形式的比较分析、反复试算,确定采用空间刚架方案来解决,即在屋顶沿屋脊位置、窗间墙位置设置斜柱,柱截面高度与墙厚相等为300mm,柱截面宽度确定为600mm,并在屋顶部设置水平拉梁以构成空间刚架。

如此布置很好地满足了建筑上丰富立面的构思,又能够减轻结构自重,圆满地解决了工程问题。

6) 框支梁问题

由于南楼地下2 层出挑部分为汽车库,采用大柱网框架结构布置。住宅部分从地下1 层开始,其部分外墙(南侧外墙) 不能落到基础上,而且外墙沿几条轴线布置,走向形成折线外形。轴线间距在各个部位不等,大部分为2 000mm。

结构处理方法为采用框支托梁形式,把整个折线形外墙托起,以承担竖向荷载并传递水平地震力。经计算采用1000mm 高度没有问题,宽度各个部位有所不同,大部分为2500mm。

4 结构计算

本建筑抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7°,场地土类别为Ⅱ类,住宅部分框架、剪力墙抗震等级均为二级,框支框架抗震等级提高为一级,单纯地下车库部分抗震等级确定为二级。采用中国建筑科学研究院PKPM 工程部编写的《SATWE》程序计算。

由于主体结构在地下2 层开始采用沉降缝全部断开,分成了三个部分,其中汽车库仅设置于地下2 层,南北住宅综合楼地上层数较多,较为典型,尤以南楼具有代表性,现将南楼一部分(BCDE 座) 结构整体计算情况简单介绍如下:

1) 地震作用下层间位移角曲线

a - X 方向最大层间位移角= 1/1 821 ;

b - Y 方向最大层间位移角= 1/3 210

图1 X 、Y 方向最大层间位移角曲线

2) 地震作用下最大反应力曲线

3) 地震作用下结构周期周期如表1。

表1 地震作用下的结构周期

方向 T1 T2 T3 T4 T5 T6

X方向 0.3182 0.1065 0.0625 0.0586 0.0546 0.0543

Y方向 0.2515 0.1239 0.0770 0.0418 0.0326 0.0302

a - X 方向最大楼层反应力= 4 522.0kN;

b - Y 方向最大楼层反应力= 4 208.4kN

图2 X 、Y 方向最大楼层反应力曲线ƒ

a - x 方向;b - y 方向

图3 质心振动

地震力Q0 X = 32 216kN ,Q0 Y = 36 014kN

剪重力Q0 X/Ge = 13.74 % ,Q0 Y/Ge = 15.36 %

最大层间位移= 1/1 821

轴压比μ:绝大部分剪力墙轴压比μ≈0 ,个别小墙肢最大轴压比μ= 0.23。

框架梁、柱、剪力墙、连梁配筋均无超筋情况,从整体计算结果看,本工程结构布置比较合理。

5 地基基础

本工程由中国建筑科学研究院地质勘察公司提供详细“地勘”报告,地基持力层为第四纪沉积粘质粉土、砂质粉土④层,地基承载力标准值综合取值为f k = 160kPa ,地下水近3～5年最高水位为自然地面下3m。

根据《江苏省建筑地基基础勘察设计规范》,地基承载力标准值经深度修正已达到f = 260kPa(基础埋深为自然地面下9m) ,以层数较多的北楼为代表,结构竖向力标准值(D +L) 为246kPa ,地基承载力完全可以满足要求,采用天然地基没有问题。地下室抗浮验算也无问题。

中间地下汽车库采用上反肋梁式筏形基础, 底板厚500mm ,基础梁800mm ×1200mm;南楼亦采用上反肋梁式筏形基础,底板厚1 000mm ,基础梁800mm×1200mm;北楼采用平板式筏形基础,沿墙体做暗梁,底板厚1000mm。南北楼基础底板系根据板格跨度及施工方便,综合考虑统一确定厚度为1000mm。基础亦在适当位置设置伸缩后浇带,具置同上部结构。

住宅楼结构设计第6篇

关键词：高层住宅；剪力墙结构；优化设计；技术措施：钢筋用量

中图分类号：TU318

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）10-0131-03

1 前言

近年来，随着国家集约化节地政策的贯彻落实，高容积率的高层住宅商品房在全国遍地开花，而剪力墙结构体系是高层住宅中最主要的结构形式。建设“资源节约、环境友好”的两型社会，建筑节能、节材已成为全社会的共识。做好结构优化设计，即在确保结构安全及建筑使用功能的前提下，做到技术可行、经济合理、节约钢筋用量，受到了业主方、设计方的普遍重视，这也是结构工程师的责任。

以下结合笔者主设完成的福林小区高层住宅楼这一工程实例，探讨剪力墙结构的优化设计、节约钢筋用量的主要技术措施。

2 荷载计算正确是优化设计的基础

2.1荷载计算、折减要正确无误

恒、活荷载的计算是否正确，关系到建筑物的结构安全，以及钢筋用量是否节约，必须认真对待。荷载的计算要做到不漏算、不多算。恒荷载应按选用的建筑材料、构造大样详细计算，活荷载应按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012（简称荷载规范）取值，不要擅自放大。

考虑风荷载作用时，需严格执行荷载规范对风压高度变化系数这项最主要影响因素的规定。风压高度变化系数按地面粗糙度的类别取值，在其它情况相同、仅地面粗糙度类别不同时，其风压高度变化系数取值也有很大区别。因此，根据建设场地实际情况，确定地面粗糙度类别尤为重要，一般城市市区有密集建筑群，其地面粗糙度为C类。

对于荷载规范中第5.1.2条折减的项目，应严格按所列各项系数予以折减。地下室顶板上的消防车活荷载标准值很大，但出现概率小、作用时间短，应考虑覆土厚度影响按荷载规范附录B进行折减，设计基础时可不考虑消防车活荷载作用。

2.2荷载清理需精心

门窗洞口、围护墙顶部的结构梁高度范围，其墙体荷载可以扣除，不是按建筑层高计算墙体荷载，而是按墙体净高计算墙体荷载。

2.3围护墙体选用轻质材料

围护墙体尽可能选用轻质、节能的墙体材料，如加气混凝土砌块，以减轻荷载、减小地震作用，降低结构梁、剪力墙以及基础的造价。

3 设计参数取值正确是优化设计的前提

中国建筑科学研究院开发的PKPM系列软件，是目前设计院应用较为广泛的结构计算软件。该软件中部分设计参数，需要用户根据规范规定选用，这些设计参数的确定影响着结构优化设计的效果、钢筋用量的水平。因此，只有弄清楚每个参数的内涵，才能正确地选用。

3.1地震信息

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）（简称高规）第4.3.2条规定，质量与刚度分布明显不对称的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响；其它情况，应计算单向水平地震作用下的扭转影响。高规第4.3.3条规定，计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。按此规定，偶然偏心和双向地震不同时考虑。

由于考虑双向地震作用比考虑单向地震作用的计算地震力大，结构设计的关键是对质量与刚度分布规则性的判断，以确定结构计算是考虑双向地震作用还是单向地震作用。根据初步试算结果，当楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值大于1.2较多时（例如，对于一般A级高度的高层建筑结构，该比值大于1.4时），则可认为该结构的质量与刚度分布明显不对称、结构扭转比较明显，计算时需要考虑双向地震作用；否则，计算时只需考虑单向地震作用（考虑偶然偏心影响）。

3.2周期折减系数

高规第4.3.17条规定了剪力墙结构的周期折减系数为0.8-1.0。周期折减系数应根据填充墙的实际情况来选择，对于剪力墙结构，砌体填充墙数量较少，其刚度远小于钢筋混凝土剪力墙的刚度：工程实测结果表明，建筑物实测周期短于计算周期，但是比较接近，故剪力墙结构的周期折减系数取值不宜太小。如果对周期折减系数予以盲目折减。势必造成结构刚度过大、吸收的地震力增大，导致剪力墙计算配筋量也随之增大。

3.3梁弯矩放大系数

PKPM软件中的SATWE模块，已经考虑了楼面活荷载不利布置引起的结构内力增大，故“梁弯矩放大系数项”不必填人大于1的值进行再次放大。如填人大于1的放大系数，SATWE是正、负弯矩同时再次放大。相应地，结构梁的上、下部计算配筋值均增大，这实际上是不必要的浪费。

4 结构布置合理是优化设计的核心内容

在满足建筑功能要求的前提下设计出合理的结构布置，是结构工程师进行结构优化设计的最核心内容。如果一栋建筑物的钢筋用量尽管很节省，但结构布置不能满足建筑功能的要求，则该结构设计绝对的称不上是优化设计。

对于高层住宅剪力墙结构，其剪力墙及边缘构件的钢筋用量一般超过总用量的50%，剪力墙布置的优劣直接关系到整个结构的经济指标，剪力墙布置是结构布置进行优化的最主要对象。

4.1剪力墙布置

对于高层住宅剪力墙结构，其剪力墙优化布置的基本原则是：尽量采用减少剪力墙数量的大开间方式；在布置剪力墙的同时，应同时考虑尽量减少边缘构件；要按照“规则、均匀、对称、分散、周边”的要求，以期通过布置较少的剪力墙，而使结构获得满足规范要求的承重、抗侧以及抗扭刚度。

4.1.1多布置均匀长肢剪力墙，尽量避免布置短肢剪力墙

在保证承受水平及竖向荷载的前提下，剪力墙布置应尽量采用大开间方式，要避免在较小的间距内布置剪力墙。要通过布置均匀长肢剪力墙，来减少剪力墙墙肢数量。因短肢剪力墙的竖向钢筋是按全截面计算配筋率，它比一般剪力墙的钢筋用量要多，故要避免布置短肢剪力墙。通过采取以上措施，可以减少剪力墙墙肢、边缘构件的数量，节约剪力墙、边缘构件的钢筋用量。需要特别注意一个问题：在一个结构单元中，应避免布置个别长度特别长的剪力墙墙肢，以避免该墙肢承担的地震力占总地震力的比重特别大，防止因应力集中而破坏。

4.1.2剪力墙宜为L形、T形，简化边缘构件形状

结构布置合理的结构，其剪力墙边缘构件的配筋一般是构造配筋、不是计算配筋值（即一般情况下，计算配筋量比构造配筋量数值小），而构造配筋量与边缘构件截面的面积有着线性比例关系。边缘构件截面形状的确定与剪力墙布置有着密切的关系，由于在剪力墙转折处必须设置边缘构件，因此一定要密切配合建筑专业的户型设计，要考虑到剪力墙连续转折、以及小墙垛布置对边缘构件的影响，剪力墙的布置要尽可能为带翼缘的L形、T形，避免布置复杂形状多次转折墙肢，从而达到简化边缘构件形状，避免设置尺寸较大的边缘构件。通过以上措施达到结构优化、节约边缘构件钢筋用量的目标。

4.1.3加强周边，弱化中部

剪力墙的布置要“规则、均匀、对称、分散、周边”。在建筑物中部宜减少剪力墙的布置数量；剪力墙应尽可能布置在建筑物周边位置，同时利用外周窗台设置高连梁以加强刚度。这样既有利于提高结构的抗侧、抗扭刚度，又有利于控制位移比。

4.1.4结构梁应双向连续

建筑物两个方向的剪力墙，均应通过设置连续的框架梁或连梁，形成双向抗风、抗震结构，避免独立墙肢出现，这有利于增强结构的整体抗侧刚度，可以用数量较少的剪力墙来满足层间位移角限值要求。

4.2梁、板布置

在结构梁布置时，应保证梁的传力路径简单而明确，避免多重次梁传力的情况，这样有利于抗震。当跨度较小（例如3.0m以内）的板上有轻质隔墙时，该位置可不设置梁，而采用在板内设置加强筋的措施予以解决，这样能够避免因设置梁而导致受力复杂、构造配筋增多的情况。对于住宅楼这类剪力墙结构，其梁的跨度一般比较小。不需设置高度太高的梁，因梁高度越高混凝土用量越大、构造配筋越多。

对于高层住宅楼，其活荷载标准值不大，故除客厅等跨度相对较大的板、以及异形板外，其它绝大多数结构板均为构造配筋，楼板的厚度就决定了楼板钢筋用量的大小，楼板厚度一般按挠度、裂缝、以及板内穿管的要求取值即可，不必过厚。

5 构造措施适度是优化设计的关键一环

规范对结构构件的构造措施有具体规定，它对保证结构的安全性起了重要作用。在实际的结构设计中，采取的构造措施要适度，擅自提高标准是没有必要的。

5.1剪力墙构造配筋

除顶层剪力墙外墙等受温度应力影响较大的区域，该部位为减少混凝土收缩及温度应力引起的裂缝，应加大分布钢筋的配筋量以外，楼层剪力墙的配筋计算结果一般为构造配筋，此时只需根据剪力墙厚度，选配符合规范规定的构造配筋即可。

根据前文所述，剪力墙边缘构件一般是构造配筋。边缘构件的纵向钢筋，如果采用等直径的配筋方式，会导致实际配筋比构造要求的配筋量大很多。可以参照框架柱的配筋方式，即在边缘构件的角部及转折部位配置直径相对较大的钢筋，而在中部配置直径相对较小的钢筋。采用该配筋方式，是钢筋用量比较节约的方式。

5.2梁构造配筋

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（简称砼规）第9.2.13条规定，当梁的腹板高度hw不小于450mm时，在梁的两个侧面应沿梁高度配置间距不大于200的纵向构造腰筋，每侧配筋截面面积不应小于腹板截面面积的0.1%。配置构造腰筋主要是为了防止梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝。目前很多结构工程师，不论梁宽多少均采用直径φ12的腰筋。对于住宅楼这类剪力墙结构，常采用梁宽200的梁，如腰筋间距取200，则直径φ8的钢筋就能满足要求，则相应地可以节省一些钢筋。比较简便可行的做法是根据梁的宽度，按照规范规定的构造腰筋间距、配筋率，再反算腰筋直径。这样既符合规定要求，又节约钢筋用量。

5.3板构造配筋

除屋面板等受温度影响较大部位，需在结构板上部配置构造钢筋外，其它部位结构板的上部钢筋，按砼规第9.1.7条规定，采用分离式配筋，上部钢筋在跨中予以截断。

砼规第8.5.1条规定的最小配筋率是针对纵向受力钢筋而言的。对于简支边上部筋配置φ8@200即可满足该规范第9.1.6条规定。当结构板厚度相对较大时，对简支边的上部筋采用构造配筋，可以节约钢筋用量。

6 采用高强钢筋是优化设计的最直接手段

根据砼规第4.2.3条，HRB400、HRB335、HPB300级钢筋强度设计值分别为360N/mm2、300N/mm2、270N/mm2。HRB400级钢筋比HRB335级钢筋强度提高了20%，HRB400级钢筋比HPB300级钢筋强度提高更多、达33%。从以上简单对比可以看出，在其它措施相同的情况下，采用HRB400级高强钢筋，就能获得较为经济的钢筋用量，它是结构优化设计的最直接手段。

7 工程实例分析一福林小区高层住宅楼

2012年12月，福林小区住宅楼获国家林业局优秀设计一等奖。

7.1工程概况

福林小区住宅楼位于长沙市城南中路。该工程包括3栋住宅楼、1栋公寓楼、1栋勘察设计业务楼。该工程的实物效果图见图1（1号栋居于图1左边）。

本文以1号栋为例说明有关设计情况，1号栋标准层结构平面示意图见图2。

1号栋为地下二层甲六级人防地下室、地上三十四层，一层层高3.6m、二-三十四层层高2.8m，建筑总高度为96.0m，属于A级高度的高层建筑物；建筑结构使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，地震分组为第一组，抗震设防类别为标准设防（丙）类，场地类别为Ⅱ类，多遇地震的水平地震影响系数最大值为0.04，特征周期值为0.35s；基本风压为0.39kN/m2（按50年一遇提高1.1倍取用），地面粗糙度类别为C类；活荷载按荷载规范取值、等效静荷载按人防规范取值，围护墙采用加气混凝土砌块；结构安全等级为二级。

采用现浇剪力墙结构体系，剪力墙的抗震等级为三级，1-3层为底部加强部位；采用人工挖孔桩基础。

剪力墙的混凝土强度等级：地下室及1-8层为C45。9-16层为C40，17-24层为C35，25层及以上为C30；梁、板的混凝土强度等级：地下室及1-8层为C35，其它为C30。钢筋选用HRB400级钢筋。

通过薄弱部位设置结构拉板，并经结构计算调整，各项计算指标均能满足高规对A级高度的高层建筑结构的规定。

7.2经济分析

福林小区住宅楼遵循上述优化原则进行结构设计，其1号栋混凝土用量为0.34m3/m2，钢筋用量为38.7kg/m2（注：不含非结构构件钢筋用量，面积按实际楼板面积计算）。

在钢筋用量的构成中，剪力墙及边缘构件的钢筋用量占总用量的比重较大，其中底部加强区为59.3%，非底部加强区为54.7%。因此，在设计中，应注意剪力墙布置，减少不必要边缘构件，尤其在剪力墙、边缘构件的配筋设计中，不要随意增加配筋量。

8 结语

8.1高层住宅楼剪力墙结构的优化设计，不局限于以上所讨论的方面，例如还有基础等的优化。任何建筑物都可能有比较经济的结构优化设计方案。所以，真正的优化应是全过程的，需要各专业的密切配台。只有根据具体工程情况，经过多次“试算-调整”、反复比较，才能达到结构设计优化、节约钢筋用量的目标。

住宅楼结构设计第7篇

关键词：高层住宅；概念设计；基础设计；剪力墙设计

1 工程概况

某高层住宅，设计使用年限为 50年，建筑耐火等级为二级。抗震设防烈度为七度，主体为剪力墙结构，裙房为框架结构。地基基础设计等级为乙级，主体为筏板基础，裙房为柱下独立基础和墙下条形基础。总建筑面积为5231.08m2，东西长约45m，南北长约18m，主体为地上15层带 1层地下室，右边裙房为地上 1层带 1层地下室，前边裙房为地上 1层。

2 概念设计与总体指标控制

概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震的作用， 避免出现敏感的薄弱部位导致过早地破坏，因此剪力墙的布置应以此为原则精心布置，方可使结构在整体上安全合理。目前很多设计剪力墙满布，造成结构体系刚度过大，引起地震力加大，虽然满足强度要求，但混凝土用量大，钢筋用量也随之加大，并且加大后的地震力有时集中于某些薄弱部位，造成安全隐患。

建筑结构平面布置时，概念设计应尽量使 x向和 y向抗侧刚度接近，剪力墙不宜过多以免刚度过大。在竖向布置上也要力求均匀，避免少数楼层出现敏感薄弱部位，使结构整体形成均匀的抗侧力结构体系，在此基础上，结合电算才能作出安全、经济、合理的结构。在本工程住宅楼主体剪力墙时，x向剪力墙墙肢较短，y向剪力墙墙肢较长，墙肢尽量多做成带翼缘的L形、T形等，不做“一”字形短墙；高厚比多在8以上，通过这些措施使结构总体指标控制在规范允许范围内。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。

3 基础设计

高层建筑剪力墙结构设计由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。基础多采用筏板基础。合理选择筏板厚度及边缘挑出长度也直接影响结构整体安全和工程造价。该工程上部 15层带 1层地下室，根据勘察报告，取筏板厚为1000mm，经细算后筏板可减至800mm。由于地库室为单层框架结构，筏板基础厚度计算后定为250mm，为解决柱对筏板的冲切，对柱下局部范围加厚（见附图1）。经此处理经济性明显。因此，基础选型应作方案比较，才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值，对高层来说一般筏板厚初选时可按楼层数计，即每层按 50mm厚增加。

筏板长度的设置应考虑地下室的使用合理性，通常采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝。本项目采用添加剂以补偿混凝土的因水化热引起膨胀与收缩，或采用纤维混凝土等方法在一定范围内可不设或少设后浇带，并且对所设后浇带采取必要的保护和加强措施。该工程地下室长120m，大于规范要求的55m，故筏板基础 采后浇带来解决结构超长的问题。并在塔楼与地下室之间设置后浇带，解决两种不同荷载之间的不均匀沉降问题（见附图2），效果良好。

4 剪力墙设计

4.1 剪力墙布置

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，且x，y两向的刚重比接近。在结构布置应避免“一”字形剪力墙，若出现则应尽可能布置成长墙（ h /w > 8）；应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的 2.5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件时两个方向均应布置成长墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍及8倍以下为短肢墙，大于8倍则为普通墙。该工程剪力墙布置后，刚心和质心x向在同一位置，y向相差0.5m，大大减小了扭转效应；主梁搁置在剪力墙上的，在相应部位设置暗柱，以控制剪力墙平面外的弯矩。

4.2剪力墙配筋及构造

4.2.1剪力墙配筋

该工程剪力墙一层墙厚为 250mm，其余地面以上墙厚均为200mm，水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。六层以下水平筋￠10@ 200双层双向，双排钢筋之间采用￠6 @ 400拉筋；六层以上￠8 @ 200双层双向，双排钢筋之间采用￠6@ 600拉筋。地下部分墙体竖向配筋￠14@ 200为主要受力钢筋，水平筋则构造配置，该工程均取￠12@ 150。地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，简化计算后由竖向筋控制。

4.2.2 剪力墙边缘构件的设置

试验研究表明，钢筋混凝土设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比，其极限承载力提高约40%，耗能能力增大20%，且增加了墙体的稳定性，因此一般一、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设置约束边缘构件；其余剪力墙应按《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件。

对于本工程剪力墙来说，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7%，一般部位0.5%；对于短肢剪力墙，应按《高规》第7.1.2条控制配筋率加强区 1.2 %，一般部位1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往按长肢墙进行暗柱配筋并不妥当，建议有两种方法：其一，计算中另一方向短肢不进入刚度，则配筋可不考虑该方向短肢影响；其二，计算中短肢计入刚度，则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率在加强区取1.0 %，一般部位可取0.8 %。该工程地面一、二层设置构造边缘构件，纵筋最大直径为￠14，加强区暗柱配筋率最大为 1.45%，最小0.8%；三层及三层以上为构造边缘构件，构造边缘构件纵筋配筋率普遍在 0.6%～0.7%。

4.2.3 剪力墙的连梁

剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，虽然在计算中对其刚度进行折减，但在地震作用下弯矩、剪力仍很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。所以连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面，对于窗洞楼面至窗台部分可用轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加1根梁，2根梁之间用轻质材料填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋。该工程连梁截面均为墙厚×400mm，大部分连梁纵筋为4￠14，箍筋为￠8@ 100；个别连梁纵筋为 4￠16，箍筋为￠8@100。

5结语

综上所述，在高层建筑转换层的结构设计时，既要尽可能地满足建筑的使用功能的要求，又要使结构体系更加合理，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，从而满足建筑结构合理的使用要求。

参考文献

住宅楼结构设计第8篇

关键词：桩基础；片筏基础；基坑支护

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

本工程为框架一剪力墙结构，高80m，总建筑面积为约2．5万平方米，地下室二层，裙楼三层，地上23层，其中地下室及裙楼用作车库及设备用房，塔楼为住宅房。

2、地质条件

该场地原为剥蚀残丘及冲洪积阶地地貌，后经人工堆上填平，地形平坦，场地地面标高介于19.65―20.45之间．场地内地层白上而下分述如下：

2．1人工填土，主要为索填土，由粘性七混少鼍砂、石块并夹有少量垃圾所组成．稍湿，松散～稍密状态，层厚0.5～2.8米。

2．2埋藏植物层，以粘性土为主，含少量砂、植物根系，湿，可塑状态，层厚0.30～0.50米。

2．3淤泥质粉质粘土，灰黑、灰、暗灰黄色。不均匀含少量粉细砂和有机质．湿～饱和，软翅状态，层顶埋深0．90～2．8米，层厚0．6～01．50米。

2．4粉细砂混粘性土，灰白、灰黄、黄白等色。该层不均匀地含有l0～400%粘性土，并含有少量砾石，湿、松散～稍密状态。层顶埋深1.00～4．30米．层厚0．40～1．90米。

2．5粉质粘土，橙黄、褐黄色。由粘性土混少量角砾、砾砂等组成，呈网纹状结构。层顶埋深0．50～2．30米，层厚0．03～2．40米。

2．6砾质粉质粘土，褐黄、灰黄、浅灰绿色。由花岗片麻岩风化残积而成，稍湿～湿，可～硬塑状态，层顶埋深2．10～4．70米，层厚为11．20～18．40米。

2．7全风化花岗片麻岩：灰黄、黄褐色。岩石风化剧烈，矿物多已风化成粘性土，局部夹强风化碎块，岩打软硬不均，厚岩结构清晰，岩芯呈土状，湿，坚硬状态。层顶埋深14．30～21．00米，层厚8．20～17．70米。

2．8强风化化岗片麻岩：褐黄、灰黄色。岩石风化强烈，岩芯呈土状或块状，岩块手町折断，合金易钻进。层顶埋深24．00～33．50米，层厚1．20～10．10米。

2．9中风化花岗片麻岩：灰黄、浅灰色．岩芯呈碎块状，岩块手折不断，合金钻进较难。各孔均遇见该层，层顶埋深25．00～40.10米，层厚0．15～2．90米。

2．10微分化花岗片麻岩：灰绿、青灰色。岩石局部裂隙发育，断口新鲜，岩芯呈碎块状。短柱状，岩芯脆硬。层顶埋深25．60～40．80米，揭露厚度0．40～25．60米。

根据土层剪切波速测定结果、覆盖层厚度，按《建筑抗震设计规范》(CB50011一2010)的有关规定划分：本场地土类型为中软土，建筑场地类别为II类。

3基础设计思路

基础设计时必须考虑建筑物超长应采取的措施．设计需考虑混凝土收缩和温度应力以及地基不均匀沉降的影响．所以，在结构设计时需采取以下几方面措施：

3.1适当距离设置施工后浇带，并加强养护；

3.2混凝土掺加膨胀剂、减水剂、粉媒灰及减少水泥用量；

3.3合理设计地基基础，严格控制建筑物的沉降和不均匀沉降差．

鉴于以上因素，地下室顶板和底板采用预留施工后浇带分段浇筑的方法，防止混凝土收缩引起的结构次应力与结构开裂．地下室外墙、底板应采用抗渗混凝土，并采取防腐措施．

4、基础选型与设计

《地质勘察报告》中建议，本工程多层部分以中风化花岗片麻岩作为桩端持力层，高层部分以微风化花岗片麻岩作为桩端持力层。

在参考《地质勘察报告》中建议的同时，结合本公司多年的高层设计经验，设计组对高层主楼部分的基础选型提出了二种方案。其一是：高层部分以中风化花岗片麻岩作为桩端持力层，并作扩大头，以充分利用桩身承载力：其二是：以微风化花岗片麻岩作为持力层。后来，经过进一步的分析，发现本工程场地中，中风化花岗片麻岩层较薄，层厚最薄处仪为0．15米，且分布情况不可知，桩端扩大头没法做，施工操作比较困难。且由于桩端应进入持力层一定深度如按《商规》桩端进入基岩深度取0．5～1．0倍的桩径，这样将造成部分桩的桩端持力层为中分化岩，部分为微分化岩。因此为方便施工且统一桩端持力层，决定将桩端持力层定为微风化岩层，微风化岩层的承载力标准值为8500kPa'换算成设计值后与桩身强度(采用C25混凝土)相当，不需要做扩大头。这样桩的总长度增加并不大，但设计更合理。

裙楼基础设计也有二种方案：一种是考虑与主楼商层部分基础型式统一。采用桩基础，桩端位于强风化岩层；另一种方案为裙楼采用片筏基础。以粉质粘十层作为持力层，根据《地质勘察报告》中提供数据，粉质粘土层承载力标准值kc=2加kPa，考虑深度、宽度修正后，承载力更高，是可以满足承载力要求的。第一种方案的优点是裙楼与主楼基础型式统一，基础沉降变形小．但缺点是造价受比片筏基础高：第二种方案的优点是造价相对较低，但由于主楼与裙楼采用不同的基础型式，二者之问不可避免地存在沉降差。如采用第二种方案，则必须采取切实可行的措施。以解决这个问题，本工程从节省工程造价的角度出发，最后采用了片筏基础型式。为了解决沉降变形差异问题，本工程综合采用了“调”、“放”、“抗”的方法。

4．1用“调”的方法．调节主楼、裙楼二者之间的沉降变形。由于主楼采用桩基础，桩端持力层为微风化岩层，主体部分沉降变形很小，要减小沉降差，就要尽量减少裙楼片筏基础部分的沉降变形。为此，设计时裙楼部分将地梁做成反梁，将基础底板底而做平，以避免因开挖地梁槽对地基土的扰动。另外，设计时将裙楼片筏基础底板每侧往外挑板1300mm，一方面可以通过土体压重从而避免裙楼在水反力作用下被抬起，同时通过挑饭，增大了基础底面积，这样基底单位面积上承受的荷载较小。附加应力较小，地基沉降变形也随之减小。

4．2采用“故”的方法．施工期间在主楼、裙楼之间设沉降后浇带，待裙封顶60天后再浇筑后浇带。这样在施工期间主楼和裙楼基础完全脱开，可以自由沉降，待浇筑后浇带时，裙楼沉降已经摹本稳定。

4．3采用“抗”的方法，考虑到后浇带浇灌后，主楼、裙楼之间可能仍存在微小的沉降差异，则采用“抗”的方法，增大主楼、裙楼相接处裙楼片筏基础底板、地梁的刚度，并加强配筋，靠基础自身的刚度来抵抗沉降差。

5需考虑因素：

5.1根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010），二、三级抗震墙设置构造边缘构件的最大轴压比不能大于0.3，也即三级的抗震墙，当轴压比>0.3 时，应该设置约束边缘构件。当轴压比≤0.4 时，λv=0.12，当轴压比>0.4 时，λv=0.12，λv 为约束边缘构件的配箍特征值。

5.2剪力墙与平面外相交楼面梁刚接时，应确保楼面梁水平钢筋的锚固长度。在不影响建筑空间布置的前提下，设置壁柱是最行之有效的方法。当受建筑门窗洞口或者里面效果的限制情况下，尽量采用小直径的钢筋。

结束语

本工程现已投入使用，地下室没有发现任何开裂、渗水现象，沉降观测资料也表明丰楼、裙楼沉降稳定．事实说明了本工程采用的基础型式及采取的处理措施是可行的，合理的为建设单位节省了大量的工程造价。

参考文献

1 建筑抗震设计规范2010 版（GB50011-2010）

2.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）

3.建筑桩基技术规范（JGJ94－2008）

住宅楼结构设计第9篇

【关键词】高层住宅;指标控制；基础结构设计；配筋及构造设计；地震力组合数

1总体指标控制

计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。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。譬如说若刚度太大, 周期太短, 导致地震效应增大, 造成不必要的材料浪费; 但刚度太小, 结构变形太大, 影响建筑物的使用。合理的刚度是多少, 笔者建议对于小高层住宅μ/H 取1/2500～1/3500,刚重比在10～15 之间是比较合理的。周期约为层数的0 . 0 6 ～0 . 0 8 倍之间。另外, 对结构布置扭转的控制: 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。当然, 笔者建议对于顶层构件可不考虑在内, 否则很难满足上述指标。

2基础结构设计

本工程结构设计的最大特点是采用后张无粘结预应力宽扁梁结构。设计思路如下: 无粘结预应力筋主要用于平衡楼板和扁梁自重, 并满足梁的抗裂度及变形要求。为保证构件延性, 按照《无粘结预应力砼结构技术规程》梁内配置适当普通钢筋。耐火极限为两小时, 无粘结预应力筋的保护层厚度不小于40mm。目前的短肢剪力墙体系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。例如某一工程, 上部十八层带一地下室, 根据勘察报告, 采用Φ 4 0 0 预应力管桩, 可选桩长有桩长2 5 m , 单桩承载力特征值Ra=900kN,桩长34m,单桩承载力特征值Ra=1300kN。采用25m 桩需要290 根,采用34m 桩需要200 根。从桩本身比较两种方案, 总的桩延米数量相当, 但采用2 5 m桩为满樘布置, 筏板厚需1 2 0 0mm , 而采用34m 桩为墙下布置, 筏板可减至900mm,经济性明显。因此, 笔者认为基础选型应作方案比较, 才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值, 则应考虑桩冲切, 角桩冲切, 墙冲切及板配筋等多方面的因素。另外, 筏板长度的设置也须我们研究探讨,由于考虑地下室的使用合理性, 常规我们采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝, 后浇带的作用是明显的, 但也给施工带来了不少麻烦, 甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。而有些高层, 长宽均达1 0 0m 以上, 中间就设置几条后浇带, 也没有其他措施, 笔者认为是不妥当的。

3配筋及构造设计

对于高层住宅来说, 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。

3.1 剪力墙墙体配筋( 以2 00厚墙体为例) 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。笔者建议加强区Φ10@200,非加强区Φ 8@200 双层双向即可,双排钢筋之间采用Φ6@600x600 拉筋。但地下部分墙体配筋则另当别论。因为地下部分墙体配筋大多由水压力, 土压力产生的侧压力控制, 而由于简化计算经常由竖向筋控制, 此种情况下为增大计算墙体有效高度, 可将地下部分墙体的水平筋放在内侧, 竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》第4 . 1 .6 条规定: 迎水面保护层应大于50mm,且在保护层内按《混凝土结构设计规范》第9 . 2 .4 条规定增设双向钢筋网片。在这种情况下, 很多设计人员在进行外墙裂缝验算时有效截面高度仍按保护层50mm 计算, 笔者认为是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后, 计算保护层厚度至少可按3 0 mm来取值, 这对节省墙体配筋效果相当明显.

3.2剪力墙按规范应设置边缘构件, 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设置约束边缘构件;其余剪力墙应按《高层建筑混凝土结构技术规程》第7 . 2 .1 7 条设置构造边缘构件。本节仅就构造边缘构件的配筋作一点讨论。我认为首先要区分剪力墙的受力特性及类别, 即: 普通剪力墙( 长墙) , 短肢剪力墙, 小墙肢和一个方向长肢墙而另一方向属短肢墙来区别对待配筋。对于普通剪力墙, 其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率, 建议加强区0 . 7 % , 一般部位0 . 5 % 。对于短肢剪力墙, 应按高规第7 . 1 .2 条控制配筋率加强区1.2% , 一般部位1 . 0 % ; 对于小墙肢其受力性能较差, 应严格按高规控制其轴压比, 宜按框架柱进行截面设计, 并应控制其纵向钢筋配筋率加强区1 . 2 % , 一般部位1 . 0 % ; 而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体, 设计中往往就按长肢墙进行暗柱配筋, 笔者认为这并不妥当, 建议有两种方法。其一, 计算中另一方向短肢不进人刚度, 则配筋可不考虑该方向短肢影响; 其二, 计算中短肢进人刚度, 则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率加强区1.0 % ,一般部位0.8 %。

3.3 剪力墙中的连梁跨度小, 截面高度大, 在地震作用下弯矩、剪力很大, 有时很难进行设计, 如果加大连梁高度, 配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞, 上述所示情况梁的高度是一样的; 但对于窗洞, 连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底, 有时则高度太高, 这样高跨比太大, 并且与计算图形不符, 相应配筋亦较大, 不合理。笔者建议, 连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面, 对于窗洞楼面至窗台部分可用砖或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时, 可再增加一根梁, 两根梁之间用砖填充。连梁配筋应对称配置, 腰筋同墙体水平筋。

3.4目前, 各设计院在剪力墙的楼层处均设置暗梁, 而对暗梁的作用及配筋亦各有理解。笔者认为对于框架- 剪力墙结构,如剪力墙周边仅有柱而无梁时, 则设置暗梁, 并且要求剪力墙两端是明柱, 这是因为周边有梁柱的剪力墙, 抗震性能要比一般剪力墙要好。剪力墙结构则没有这方面的要求, 在墙板交接处设置暗梁对加强墙体整体性作用还是有的, 但究竟有多大则无从确定。因此笔者认为, 就目前而言, 在楼层位置设置暗梁是可行的, 但没有必要设置太大断面及配筋, 建议底部加强区断面可取墙厚x300,配筋上下各2 Φ 16 , 一般部位断面可取墙厚x 250 , 配筋上下各2 Φ 1 4即可。总之, 高层设计时如何把握好合理性,经济性至关重要。在规范允许范围内, 合理把握关键部位及次要构件, 什么地方应加强, 什么地方可以放松, 对于整个建筑物保证安全及降低造价影响巨大, 这也是我们在今后的设计中要不断提高及改进的。