高层住宅结构设计模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇高层住宅结构设计，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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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

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一、工程概况

某住宅区由东、西两区组成，总建筑面积约14.11万m2，地上有6栋32～35层住宅，其中1#、2#楼1～2层为商业裙楼，3～32层为住宅，总高度97.8m；3#楼一层为架空层，2～32层为住宅，总高度97.6m；4#～6#楼1～35层均为住宅，总高度98.2m；地下2层，设置连通地下室作为车库及设备用房使用，其中负2层有部分设有平战结合的核6级、常6级防空地下室。

因本工程平面呈细腰型，腰部应力最集中，而在此处又布置了电梯井道和消防疏散楼梯，开洞较多，对楼板刚度削弱较严重，不利于抗震，是结构设计中值得高度重视的部位。框支剪力墙加落地筒体及部分落地剪力墙结构，属A级高度复杂高层建筑结构。底部设计为规整的大跨度柱网，既可满足地下室停车场和设备用房的使用要求，又为其上的商业裙楼提供了更大的空间。其中1#、2#楼在2层顶部设置结构转换层，3#楼在1层顶部设置结构转换层，转换层以下为框支框架及部分落地剪力墙，转换层以上为剪力墙结构；4#～6#楼为剪力墙结构。上部住宅采用剪力墙结构，其中剪力墙最小厚度200mm，转换层以下剪力墙厚度400～ 700mm，框支柱最大截面800*2300mm，底部加强部位在六层以下，加强部位竖向抗侧力构件采用C50混凝土。1#～6#楼均以地下室顶板作为嵌固端。

二、计算分析及参数选取

采用中国建研院编制的SATWE进行计算，计算参数为：抗震设防烈度为7度，建筑抗震设防类别为丙类，Ⅱ类场地土，基本风压0.9KN/m2（承载力计算）及0.75 KN/m2（位移计算），框支框架和剪力墙抗震等级分别为一级和二级，计算中考虑双向地震扭转效应、模拟施工加载，取18个振型进行计算。

1、侧向刚度计算方法的选取

A：剪切刚度法，即GKi=GiAi/Hi；B：剪弯刚度法，即 Ki=Δi/Hi；C：抗震规范条文说明建议方法（地震层间剪力与地震层间位移的比值），即 Ki=Vi/Δui。其中方法A适用于底层大开间结构；在计算高位转换这类长细柱（墙）结构时，侧向刚度宜采用方法B计算，以充分反映弯曲变形的影响；方法C适用于除A、B以外的规则建筑结构。

2、嵌固端选择的合理性分析

地下室作为地下车库使用，空间大间隔少，其顶板作为上部结构构件的嵌固端，应保证被嵌固构件在嵌固处不会发生平动位移和转动位移。本工程地下室顶板覆土1m，且消防车道部分给予20KN/m2的活荷载，地下室顶板采用现浇梁板框架井字梁结构，主框架梁500*900（消防车道下部分500*110），次梁300*700mm；板厚200mm，混凝土强度等级C30，采用双向拉通配筋，并满足构造要求。结构侧向刚度亦能满足规范要求，因此嵌固端选择在地下室顶板处是合理的。

3、结构自振周期

以3#楼为例，按框支结构经验公式计算，T=（0.05～0.07）N=1.70～2.38s，自振周期值在经验值范围内，扭转周期与平动周期Tt/T1=0.721

4、结构规则性

本工程采用的是竖向抗侧力构件内力由水平转换构件向下传递的形式，属于竖向不规则结构，通过计算、内力调整及构造的方式调整，使其余各项均能满足规范要求：结构在地震和风荷载作用下的层间最大位移转角满足规范要求；最大位移与楼层平均位移的比值满足规范要求；侧向刚度不小于相邻上层的70%和相邻3个楼层平均值的80%；腰部楼板通过构造措施避免尺寸和平面刚度的急剧变化。

三、转换层的设计特点

本工程转换结构构件为梁―柱体系，框支框架抗震等级取一级。框支剪力墙结构剪力墙底部加强部位的高度取六层以下，抗震等级为二级，轴压比限值为0.6，在结构质量不变的情况下， 该部位不落地剪力墙往往不能满足要求，需要特别加厚或加长，为避免转换层上下结构侧向刚度突变，加大落地剪力墙和底部核心筒剪力墙厚度，提高底部竖向构件混凝土强度等级。结合楼层扭转位移控制条件，在平面刚度较弱的周边部位增加布置剪力墙并调整使其对称均匀，避免过大偏心，增强结构的抗扭刚度，结构扭转效应，同时也能提高转换层下部的侧向刚度比。上部剪力墙的水平剪力需要通过转换层楼板传递到落地剪力墙，实现上下层剪力的重分配，转换层楼板传递因竖向不连续产生的水平集中应力，平面翘曲变形显著，因此转换层板厚取 200mm，双层双向配φ12@150结合周边框架梁的布置，转换层楼板整体性得到加强。

结构中转换梁尽量做到一次转换，尽量做到转换梁轴线与上部墙肢轴线相重合，以避免由偏心支承带来的弯剪扭效应对结构延性的降低。对于二次转换、偏心布置和受力复杂的转换构件，施工图阶段补充局部应力分析，在考虑最不利荷载组合情况下得到转换梁的应力分布特点，对高应力区进行重点加强，如提高配箍率和增加抗扭筋的设置，提高转换梁构件的抗剪和抗扭能力。

四、概念设计与构造措施

概念设计比数值设计更重要，先进的设计思想可以通过概念设计得到充分的体现。概念设计是指通过力学规律、震害教训、试验研究、工程实践经验等的设计概念、设计对策和措施 ， 它比量化的计算更能有效的从宏观上处理好结构的安全问题，特别是抗震安全。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散仅集中在少数薄弱部位，导致结构过早破坏。现有抗震设计方法的前提之一是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用，在此前提下，才能以多遇地震作用进行结构计算、构件设计并加以构造措施，或采用动力时程分析进行验算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。

本工程采用合理的建筑结构概念设计，在方案阶段早期介入，并将概念设计贯彻整个设计始终。通过不同结构布置方案的试算和比较，不断调整剪力墙的位置和数量使之趋于合理经济，对结构的薄弱部位采取抗震加强措施，主要包括：提高结构抗震能力，保证框支转换层及以上作为剪力墙底部加强区的部位有足够的承载能力和延性，将转换层以上6层不落地剪力墙混凝土等级提高至C50，降低构件轴压比，增加墙体竖向和水平钢筋，提高构件延性，并适应罕遇地震作用下塑性铰的出现和发展；提高结构抗扭刚度，降低扭转作用，将底部加强层以下两边纵向的剪力墙厚度增大至250mm；加强楼板传递水平力的能力，将细腰部楼板厚度加大至160mm，并提高其配筋率，采用双层双向通长配筋。

五、结束语

综上所述，本工程抗侧力构件结构布置合理，自振周期及剪重比适中，水平位移满足规范限制要求，构件截面取值合理，结构体系具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力，构件设计满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的原则，对结构可能出现的薄弱部位采取了必要的加强措施，结构体系选择恰当。

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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

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

工程概况

本工程位于广州市海珠区，地面以上由6栋33层住宅（呈形分布，顺时针依次自编为1～6栋），带三层裙楼组成，设两层地下室。总建筑面积164409，其中地下室20244，地面以上144165(其中裙楼为22855)。本工程塔楼在各栋之间以防震缝分隔；裙楼高度每两栋塔楼之间以防震缝分隔；缝宽均为400mm；地下室不设缝。首层为商场、住宅/公寓大堂、书店、药店、邮政所、居委会等，二层为餐厅、厨房，三层为办公室、会议室，四层为住宅、裙楼屋面花园兼结构转换层，五层及以上为住宅。地下室为停车库和设备用房，其中地下二层局部设有平战结合的核6级、常6级人防区。

本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度，按照《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001），设计基本地震加速度值为0.1g，地震动力反应谱特征周期0.35s，设计地震分组为第一组，抗震设防分类为丙类。混凝土结构的环境类别：地下室临水面和露天混凝土结构为二类a组，其余均为一类；混凝土结构的裂缝控制等级为三级（对一、二a类环境分别为wlim=0.3mm及0.2mm）。混凝土受弯构件的挠度限值按跨度由小到大依次为l0/200、l0/250。建筑结构防火等级为一级；

地基与基础

本工程设两层地下室，地下室底板面标高-8.5m，考虑采用人工挖孔桩基础（先挖基坑后挖桩，避开上部软弱土层及缩短桩长，避免桩长过长），桩端持力层为中风化泥岩、（泥质）粉砂岩，桩长约10～24m，平均桩长约14m，桩端嵌岩深度0.5米。利用裙楼屋面花园及地下室顶板面绿化覆土，结合建筑物自重，外加工程桩兼作抗拔桩，经验算，地下室抗浮满足要求。

上部结构计算

本工程首先以结构抗震概念设计为指导，选择合适的结构体系和合理的结构布置；其次，以计算分析为手段寻找出结构中的薄弱部位；最后，对关键部位和薄弱部位采取有效的构造措施保证设计构思的实现。

本工程根据建筑高度和使用功能，选用部分框支-剪力墙结构体系。结构计算整体计算选用中国建筑科学研究院编制的SATWE软件（墙元模型）和TAT（薄壁杆模型）。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（以下简称“高规”）之规定，本工程属A级高度带转换层的结构，应按复杂高层结构进行结构设计；结构计算考虑偶然偏心地震作用、扭转耦联、双向地震作用及施工模拟；结合规范规定的要求及结构抗震概念设计理论，各栋X、Y方向剪重比适中，均满足“高规”第3.3.13条要求;单塔SATWE第一扭转周期与第一平动周期之比小于0.85，须满足“高规”4.3.5条要求;各栋楼在偶然偏心影响的地震作用下，属扭转I类或Ⅱ类不规则平面；满足“高规”4.3.5条“A级高度建筑不应大于该楼层平均值1.5倍”要求;各栋有效质量系数均大于90％，所取振型数满足“高规”第4.3.5条有关要求;各塔楼在地震作用和风荷载作用下层间位移角＜1/1000，满足“高规”4.6.3条要求;本工程各栋塔楼在地震作用下各楼层(以剪切变形为主的)平均有害位移小于整体平均位移的20％，远小于楼层整体平均位移的50％，也从侧面证明了本工程结构体系在水平作用下的变形是以弯曲变形为主的特性;各层侧向刚度均大于相邻上一层侧向刚度的70%，并大于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，满足“抗规”第3.4.2条侧向刚度规则性要求;按“省补充规定”3.3.1条表3.3.1-1中第4点，以上下层位移角比值对刚度进行评价，属侧向刚度规则的情况;楼层层间抗侧力结构的受剪承载力大于其上一层受剪承载力的80%，满足“抗规”第3.4.2条楼层承载力均匀性要求;各栋的刚重比均大于2.7，满足高层建筑结构整体稳定的要求，不考虑P-Δ效应的影响（“高规”5.4.4条）。SATWE与TAT的计算结果相近，结果合理、有效， 计算结果表明，结构周期及位移符合规范要求，剪重比适中，构件截面取值合理，结构体系选择恰当。

5、6栋整体主要电算结果

转换层设计

布置转换层上下主体竖向结构时，使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通；布置转换层上下主体竖向结构时，尽量使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，慎重采用传力复杂、抗震不利的平厚板转换；应尽量强化转换层下部结构侧向刚度，弱化转换层上部结构侧向刚度，使转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡。

规范对于转换梁的构造要求提得比较多也比较详细，包括最低混凝土强度等级、最小梁宽、最小梁高以及配筋构造要求等，对转换层楼板的受力计算及配筋构造均作出了要求。这里要强调的是，转换层楼板由于担负着从上部剪力墙到落地剪力墙及框支柱剪力重分布的重任，应适当增加次梁分隔其板跨，以增加转换层楼板的稳定性，这与在钢梁腹板设置加劲肋的原理是一样的；结构中所有转换梁尽量做到一次转换，并尽量做到转换梁轴线与上部墙肢轴线相重合，以避免由偏心支承带来的弯剪扭效应对结构延性的降低。对二次转换、偏心布置和受力复杂的转换构件，补充局部应力分析，在考虑最不利荷载组合情况下得到转换梁的应力分布特点，对高应力区进行重点加强，如提高配箍率和增加抗扭筋的设置，提高转换梁构件的抗剪、抗扭能力。

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【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

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中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

改革开放以来，随着我国国民经济的迅猛发展，建筑业已经成为我国的支柱产业。近年来，在国家城乡一体化统筹发展思路指引下，城市化进程加快，房地产开发如火如荼，其中高层住宅小区占了很大的比例。而目前的钢筋混凝土高层结构住宅以剪力墙结构居多，因此，对于从事高层结构设计的工程师来说，必须能够吸收当代高层建筑结构设计的一些成功经验，并把结构的经济性、合理性与结构抗震的安全性等诸多因素加以统筹考虑，才能很好的与建筑师配合并设计出经济合理的高层建筑结构体系。

1 高层住宅的受力特点与支撑件

对于高层住宅而言，越高所承受的竖向荷载就越大，水平风荷影响也越大，所承受的外力主要就是水平和垂直方向。对于比较低的建筑来说，高度较低，地基面积较大，相对而言所受的风荷及地震影响就相对较小，在高层住宅上，水平荷载产生的倾覆力会很大，设计人员主要考虑的问题是水平荷载，轴向变形及结构延性等方面。

1.1 水平载荷

建筑物的高度达到一定数值后，它们在竖直方向上承载的荷载变化量并不大，所承受的风荷载以及地震作用的水平荷载会呈现一定的规律性，建筑物的结构特性不同，风荷载及地震水平荷载则会随之发生较大变化。

1.2 轴向变形

建筑物越高，竖向荷载越大，竖向荷载越大，连接柱中的轴向变形就会越大，相应的，连续梁的弯矩所受影响就会越大，预制构件的下料长度也会受影响而有所改变，由此可见，在施工时必须计算出轴向变形值，并及时调整下料长度。

1.3 结构侧移

高层住宅的结构设计关键之一是结构侧移的控制，建筑物越高，水平荷载下结构的侧移就会越大，对于建筑物的稳定性威胁也就越大，因此，高层住宅的结构侧移一定要严格控制，以确保建筑物的稳定性。

1.4 结构延性

相对于低层建筑而言，高层住宅的结构柔和性较好，在地震侵袭发生较大震动时，会产生较大的变形。建筑物在塑性变形阶段中对变形能力的要求相对较高，要想保证结构延性，必须在建筑设计中采取一定的措施。

2 剪力墙结构设计的基本原则

剪力墙结构在建筑中主要承担竖直方向重力与水平方向荷载，剪力墙结构的设计既要安全合理，又要考虑经济问题。设计过程中，各种位移限制值都要满足，结构构件中抗侧力构件的作用也要充分考虑到。设计时，剪力墙的数量也要满足位移限制值相关规范的要求，数量应该尽量少，但又不能影响基本振型的要求。建筑中剪力墙结构所承受的倾覆力矩应不小于总数的一半。

2.1 调整楼层最小剪力系数方面的原则

设计中剪力墙结构的布置要尽量减小，大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案，侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。楼层间的剪力系数尽量小，但不能超出规范的极限范围，短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4，这样既可以减轻结构自重，同时降低了地震带来的危害又可以节约费用。

2.2 调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则

规范规定的最大的楼层间的位移在计算的时候，如果楼层地区地震比较频繁，所用的标准值产生的楼层计算可以保留在结构的整体弯曲变形，应该计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层住宅中。高层住宅重点考虑的方面就是楼层间的扭转和剪力变形。结构的剪切变形由竖向构件的数量决定，在建设施工中，有足够多数量的构件还是远远不够的，更要考虑构建的布局是否合理，如果不合理，就会产生过大的扭转变形，楼层间的位移就达不到要求。因此，对于高层住宅而言，不能只是以楼层间的位移来确定竖向构件的刚度，而应该尽量减小扭转变形。

2.3 调整剪力墙结构连续超限方面的原则

剪力墙结构的连续跨高比太小会导致弯矩超限及剪力过大，超过规范限度，跨高比一般大于或等于2.5。规范规定，在跨高比小于5的时候，连续梁不能够拆减。跨高比的正确选择，可以很好地避免弯矩及剪力过量，可保持在规定范围内。在结构设计时，如果可以有效合理的用上这些，可以大大降低工程成本。

3 剪力墙结构设计

剪力墙的刚度较大，整体性较好，容易达到承受的荷载要求。设计师主要考虑以下几个方面：

3.1 剪力墙截面的厚度要求

剪力墙厚度尽量小的优点主要是保证剪力墙平面的刚度及其稳定性。当剪力墙相较于墙体平面外面时，相交处可以作为剪力墙的支撑，对于平面外的刚度与稳定性有很好的保证。剪力墙最小厚度确认时，计算依据主要是建筑物层高及无支长度中的较大值。按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不应小于200mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm。当为无端柱或翼墙的一字形剪力墙时，其底部加强部位截面厚度尚不应小于层高的1/12；其他部位尚不应小于层高的1/15，且不应小于180mm；按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/25，且不应小于160mm；非抗震设计的剪力墙，其截面厚度不应小于层高或剪力墙无支长度的1/25，且不应小于160mm。

3.2 剪力强结构中混凝土强度等级要求

剪力墙中混凝土要求相对较高，等级最少要为C20，如果剪力墙结构中带有筒体与短肢，那么其中的混凝土强度最少要为C25。

3.3 剪力墙结构在进行抗震设计时，构造边缘的构件在剪力墙墙肢中是必不可少的。在非抗震设计中，其墙端部位的构件配置及钢筋配置都要符合相关的规范。

3.4 剪力墙结构设计中要考虑竖向分布时钢筋配筋率的最小值，主要作用就是保证混凝土墙体在受到弯矩较大出现裂缝时不至于立刻达到抗弯承载力的极限，还可以防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏。

3.5 剪力墙结构开洞构造设计。若是剪力墙结构中开洞较小，其影响较小，在计算时可不必考虑在内。为了保证剪力墙结构截面的承载力，要在钢筋切断集中处将洞口补足，并且钢筋直径最小要达到12mm。具体施工要根据实际情况，边缘构件的设置根据实际情况。

3.6 高层住宅剪力墙结构体系受到的竖直方向荷载比较大，竖直荷载包括建筑整体的自身重量及楼面荷载产生的影响。由于荷载的存在，竖直方向会产生轴力，使连续梁内出现弯矩。计算时依据的是其受力面积。若是水平荷载，其计算就要按平面考虑了。剪力墙结构计算工作比较复杂且工作量较大，在设计时，要针对不同的剪力墙结构的受力特点进行计算。

剪力墙结构体系是一种抗剪性能较好的结构，设计时要考虑建筑施工的具体情况，设计时应尽量避免竖向刚度突变，确保其刚度。

4 结束语

目前我国城市土地供应紧张与住宅市场需求旺盛的矛盾日渐突出，城市转而向高度要空间的趋势越来越明显，高层剪力墙结构体系在住宅市场也随之大量应用。因而结构设计的合理与否直接影响千家万户的生命财产安全，作为结构设计人员，应严格按照设计原则进行合理的设计，反复验算，使剪力墙结构满足使用的需要并且有优良的抗震性能，并在以上前提下优化设计以达到合理的工程造价。

参考文献：

[1]苏绍坚.住宅楼剪力墙结构设计分析[J].核工程研究与设计，2007，01．

[2]吴继成.高层框架剪力墙结构设计[J].建设科技，2010，06．

[3]李盛勇，张元坤.剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式[J].建统结构，2003，08.

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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

中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：

随着现今社会经济的发展，城市高层建筑的设计风格也各式各样，但是这也给高层住宅结构的设计带来了很多新的问题。在高层的建筑结构设计时，不仅仅要注重外形的美观，更要考虑其承担荷载的能力以及内部空间的组织。同时，也要综合考虑建筑施工和造价这方面的因素，进而设计出经济实用又符合现代化设计的城市建筑。

一、高层住宅结构抗风与抗震的设计

高层住宅结构的层数越高，其刚度就越差，其受到风力和地震力的影响也就越强。严重时，可引起高层住宅的侧位移，也就是说，虽然建筑没有完全倒塌，但是在风力和地震力的影响下，会毁坏其内部的分间墙、装修以及设备等，甚至可能导致局部倒塌或引发火灾。由此可见，抗风和抗震设计对于高层住宅结构是非常必要的。

1．高层住宅结构抗风的设计

在高层建筑结构的设计中，首先，要保证结构具有足够的强度来承受风荷载对其产生的内力，以及很好的结构刚度，以保证在巨大的风荷载的作用下，很好地控制水平移位。其次，要选择科学合理的高层住宅结构外形，以减少风对其的作用力，选择圆形或正多边形最佳。另外，要尽量采用对称的平面形状，避免高层住宅结构由于风荷载过大而总体产生偏心扭曲。最后，要合理设计高层住宅的外墙玻璃以及其他装饰品，避免风荷载索引的局部破坏。

2．高层建筑结构抗震的设计

为了保证高层住宅的抗震性能，在进行高层住宅的结构设计时，首先，要避开不理的建筑场地，选择合适的施工地点，并采取相应的预防措施，提高低地基的稳定性。同时要选择能够有效地适用于抗震的结构体系。其次，不知高层住宅平面时，要尽量简单、有规则性以及很好的对称性，防止电梯间的偏置，减少扭转的影响。

3．提高高层住宅结构设计的抗风和抗震性能的措施

首先，如果采取的是剪力墙结构，那在高层住宅结构的顶层、底层、山墙、内纵墙的端开间的配筋率至少为0.25%。在这些易受温度影响的部位，提高其配筋率。其次，在高层住宅的顶层，比较容易受到阳光的直接照射，所以要尽可能降低屋面板的温度，将顶层局部划分为几部分，减少每段的长度。最后，在相对较长的结构单元中，留出一定距离的混凝土后浇带，以便于混凝土的自由收缩，提高其承受温度的能力，同时也以使用建筑纤维等技术措施。

二、高层住宅结构类型介绍

1．剪力墙结构体系

剪力墙结构是高层住宅结构中一种比较常用的体系，其主要是将框架结构中的梁柱用钢筋混凝土墙板来代替，一般用钢量比框剪结构少，用一系列的剪力墙相互交错，来承受竖向承重和抵抗水平力。由于受到来自竖向和横向的共同作用力，因此，剪力墙结构的平面布置通常采用平面双向或多项式布置，剪力墙的建筑材料主要有砌砖以及钢筋混凝土。墙体的刚度相对于其他结构体系来讲很比较大，非常有利于高层住宅结构的抗风和抗震性能，常用于四十层以下的高层住宅结构中。但是这种结构也有些不足之处，尽管结构有很强的整体性，但是制约了平面的布局。

2．框架剪力墙结构体系

这种体系主要是由剪力墙结构和框架结构相结合组成的。由于剪力墙结构主要受到水平侧力，而框架结构主要受到竖向的作用力，这样就可以各取其长，进行合理的分工。这种结构主要以框架结构为主，将剪力墙结构布置于高层住宅的周边、电梯间以及平面形状变化较大的位置作为辅助，主要适用于二十五层以下的高层住宅结构。剪力墙框架结构可以极大地降低建筑自身重量，同时建筑内部又有很大的空间灵活性，因此受到广泛应用。但是这种结构体系也存在不足之处，结构刚度不是很强，进而导致抗风和抗震能力就比较低。其中框架柱的应用使得在室内会有框架柱露出，影响室内美观的用户的使用。

3. 筒形结构体系

在设计超过三十层以上的高层住宅结构时，要充分考虑其所受到的巨大侧力，在现有的几种高层住宅体系中，只有筒形结构的刚度比较大，中央设有井筒，同时与周围的框架很好地结合，这样就能够形成极强的抗侧力结构体系。这种高层住宅结构的内隔墙都是轻质墙，外墙为围护墙，在内外筒之间就可以对家具以及辅助设备进行自由分隔、灵活布置。

三、高层住宅的基础形式的选择

随着社会经济的快速发展，房产开发商更加注重投资成本低且经济收益较好的高层住宅，因此，结构设计方案的合理直接影响到住宅的造价。在对高层住宅的基础类型进行选择时，要从整体进行分析，选用整体性能较好的结构，以及能够充分满足建筑地基的承载能力，以便设计出具有很高的安全性以及经济的设计方案。

在选择基础形式时，要注重对地基类型、结构类型、建筑的荷载以及具体的施工情况等因素进行详细的分析，来慎重的进行选择。高层住宅的基础形式主要有箱型基础、桩基、钢筋混凝土筏形基础、十字交叉基础以及条形基础等。

通过以上的分析，静压预先灌注桩基础形式在人口相对稠密的失去和施工现场周围进行高层住宅的建筑时，具有很好的应用优势。对于其弊端可以采用局部引孔以及其他的有效施工措施进行克服。随着科学技术的迅猛发展，在高层住宅的结构设计中，会涉及到很多方面的因素，设计师要对高层建筑结构设计中的问题进行分析，并不断的探索，充分改进和完善高层住宅的结构设计。

总结：

高层住宅结构的设计相对于其他结构具有一定的复杂性，尤其是在抗风和抗震性能的设计，因此，对一些相关数据进行详细的分析和计算是非常必要的，也能为高层住宅结构提供有效的设计依据。同时，要重视结构设计的理念，结合实际情况，全面综合地考虑结构设计的安全性和可靠性，进而设计出科学合理的高层建筑结构设计方案。

参考文献：

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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。

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高层住宅结构设计是一项繁重而又责任重大的工作，在进行高层住宅结构设计过程中除了认真执行相关规范和技术规程，还要满足结构的安全性、耐久性、舒适性、经济性的要求。以下就高层住宅结构设计的问题与解决措施进行研究分析。

一、高层住宅中常用的结构体系

1、剪力墙结构。用钢筋混凝土剪力墙（用于抗震结构时也称为抗震墙）承受竖向荷载和抵抗侧向力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构是将建筑物的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构，它既承担垂直荷载、也抵抗水平力。因剪力墙是一整片高大的墙体、侧面又有刚性楼盖的支撑，故在其自身平面内有很大的侧向刚度，属于刚性结构，能承受较大的水平荷载（剪力），“剪力墙”即由此而得名。剪力墙墙肢截面高度与厚度的比值大于8，特点是整体性能好，侧向刚度大，水平力下侧向位移较小，并且由于没有梁柱等外露或凸出部分，便于房间布置。剪力墙结构是一种传统、成熟、受力性能良好的结构形式，其缺点是结构墙体相对多、自重较大。综合评价，这种结构形式深受用户和建筑师的欢迎，因而在许多高层住宅建筑中得到了光泛的应用。

2、框架剪力墙结构。框架剪力墙结构是指由普通框架柱与一般剪力墙共同组成的一种结构形式，由框架与剪力墙共同承担荷载。它具有框架与剪力墙共同受力的优点，又能获得较大的建筑空间。但是由于现在建筑平面布置较灵活，框架布置非常复杂，很难形成规则的受力体系，并且随着房间布局的变化，容易产生柱楞和凸出的大梁，影响建筑外观和使用功能。同时，由于多次受力转换，梁板的受力性能受到影响，提高了造价。

3、异型柱框架剪力墙结构。采用异型柱框架剪力墙结构的墙肢截面高度与厚度的比值不大于4，柱肢受力情况复杂。由于对该结构形式的抗震性能存在很多争议，该结构形式也一直没有得到国家规范的承认，在很多地区的应用受限。经过近几年的实验和研究，该结构形式通过了国家抗震规范的审查。规范对这种结构形式的最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率、体积配箍率等作了严格的规定。同时，由于结构断面较小，克服了框架剪力墙结构适用性不好的缺点，该结构形式受到了业主和用户的欢迎。但必须明确的是，由于异型柱的断面很小，梁柱节点核心区钢筋密集，施工振捣困难，该结构形式的力学性能和抗震性能被削弱，须仔细计算核心区的相关数据。这种结构形式是我国独创的，主要是为了降低造价。

二、高层建筑结构设计中常见问题

从设计原理及设计方法而言，高层建筑结构设计跟多层结构设计基本是相同的。但是在高层建筑中，要使用更多的结构材料来抵抗外荷载，特别是水平荷载，因此抗侧力结构成为高层建筑结构设计的主要问题，设计时要满足更多的要求。

1、超高问题。随着经济的发展，人们对建筑的要求也越来越高，近年来大中城市出现了较多超高建筑。针对这种情况，新高规根据建筑物的最大适用高度和高宽比将高层建筑结构分为A级和B级，B级高度高层建筑结构的最大适用高度和高宽比可较A级适当放宽，其结构抗震等级、有关的计算和构造措施应相应更加严格。对于超高结构，应采取至少两个不同力学模型的软件计算；应三维模型分析、考虑耦连、弹性时程分析。必要时，宜验算薄弱层弹性变形要更加严格地根据相应的规范和规程进行计算，避免留下安全隐患。

2、短肢剪力墙的设置问题。在新的高规中对短肢剪力墙有了全新的定义，主要是指墙肢的截面高度和厚度比在五到八之间的剪力墙。按照实际的经验和数据，由于短肢剪力墙在强度和结构性能上存在的缺陷，新的规定中对于短肢剪力墙的使用也有了进一步的限制。最为有效的解决方式就是尽量减少或者避免短肢墙在高层结构设计中的出现。对于无法避免的短肢剪力墙，应严格按照规范规定，限制墙肢的适用高度，轴压比和抗震等级等。

三、高层住宅结构设计问题的解决措施

1、控制结构的抗扭刚度不能太弱。《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5条规定：结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。扭转耦联振动的主方向，可通过计算振型方向因子来判断，在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型。当不满足以上要求时，宜调整抗侧力结构的布置，增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下，减小某些（中部）竖向构件刚度，增大平动周期，加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。

2、限制结构平面布置的不规则性避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5条规定：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。抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑其平面布置宜简单，规则，对称，减少偏心。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转影响。结构刚度不对称也会产生扭转。所以在布置剪力墙时，应使结构均匀分布，令荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时，通过增加墙厚来调整扭转效应效果不佳。高层剪力墙结构住宅中剪力墙影响刚度，而剪力墙为矩形截面，惯性矩为Iz=bh3/12，b为墙厚，h为墙长。剪力墙的长度对其刚度影响很大。首先分析哪部分结构刚度大，哪部分结构刚度小，增大刚度对结构有利，还是减小刚度对结构有利，通过增减剪力墙达到结构刚度均匀对称，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5条对最大水平位移和层间位移的要求。

3、高层住宅转角窗处的构造处理。近年来随着人们生活水平的日益提高，对居住的环境也提出了更高的要求。因此，房地产开发商们为了住宅通风采光好、视野开阔提出在平面角部设置转角窗。角部墙体开洞，与角部墙体不开洞的剪力墙结构相比，结构整体效应影响颇大，结构的抗侧力刚度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差异，角部墙体开洞的剪力墙结构其外墙内力明显增大。开洞的角部各构件扭转效应明显，特别是洞口处的连梁，需配置抗扭钢筋，转角处楼板宜局部加厚，配筋宜适当加大，在转角处板内设置连接两侧墙体的暗梁。

结束语

综上所述，随着科学技术的进步和社会经济的发展，城市化建设进程的加快，现代化的城市到处都是高楼耸立，对于高层住宅的结构设计方案也是层出不穷。文章就结构设计工作中遇到的一些问题，介绍了高层住宅结构设计中基础形式的选择、限制结构的扭转效应、转角窗构造处理等，以满足结构的安全性、可靠性的要求。

参考文献：

[1] JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构设计规程[S].

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1 引言

中国作为一个发展中国家，高层钢结构建筑在我国起步较晚，成熟及可借鉴的经验不是很多。但从改革开放以来，许多现代化建筑如雨后春笋般耸立。而钢结构因其自重轻、施工周期短、抗震能力强等优势和特点被人们广泛应用于高层尤其是超高层建筑中。其中建筑钢材又分为普通碳素钢、优质碳素结构钢、普通低合金钢三类。大量使用的仍以普通碳素钢为主。与混凝土高层相比：自重轻，截面小，可降低基础造价，室内有效面积大，与玻璃幕墙结合，建成现代感很强的建筑外形；工业化程度高，可降低人工费用，增加建筑的投资回报率；抗震性能较好，利于向高层、超高层发展；绿色环保、可持续发展，8-17层的高层钢结构造价可达到与混凝土持平，综合造价可望超过混凝土。

高层钢结构主要应用于现代的高层建筑，钢结构的结构体系主要有框架体系、框架支撑(剪力墙板)体系、筒体体系和巨型框架体系。对于高层钢结构，结构设计也是建筑成败、优劣的关键因素，方案阶段有结构工程师的参与是必要的。

2 高层钢结构设计的特点

2.1 钢结构的基本原理

钢结构是钢材（钢板和型钢）经过设计、加工，形成各种基本构件，如拉杆（有时还包括钢索）、压杆、梁、柱及桁架等，然后将这些基本构件按一定的方式通过焊接和螺栓等方式连接组成的工程结构形式。轻型钢结构是一个很模糊的概念，没有严格的定义。以下结构都可称为轻型钢结构：①由冷弯薄壁型钢组成的结构；②由热轧轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；③由焊接轻型型钢（工字钢、槽钢、 H型钢、L型钢、T型钢等）组成的结构；④由圆管、方管、矩形管组成的结构；⑤由薄钢板焊成的构件组成的结构；⑥由以上各种构件组成的结构

设计钢结构时，应从工程实际情况出发，合理选用材料、结构方案和构造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性和刚度要求，并符合防火、防腐蚀要求。宜优先采用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号（或钢号）和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对钢结构设计的要求[1]。

钢结构设计的特点可以概括为以下几点：

（1）为了不影响结构或构件的正常使用和观感，设计时应对结构或构件的变形规定好相应的限值；

（2）计算结构或构件变形时可以不考虑螺栓孔引起的截面削弱；

（3）在设计的过程时，承重结构采用的钢材应具有抗拉强度、伸长度、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证为前提；

（4）在对框架结构进行设计的过程中，梁与柱的刚性连接应符合受力过程中梁柱间交角不变的假定，同时连接应具有充分的强度承受交汇构件端部传递的所有最不利的内力。梁与柱铰接时，应使连接具有充分的转动能力，且能有效地传递横向剪力与轴心力。梁与柱的半刚性连接只具有有限的转动刚度，在承受弯矩的同时会产生相应的交角变化，在内力分析事，必须预先确定连接的弯矩-转角特性曲线，以便考虑连接变形的影响。

2.2 钢结构设计的特点

2.2.1 钢材结构的特点

钢材的结构具有以下的特点：

（1）强度高，重量轻；

（2）塑性、韧性好；

（3）材质均匀，工作可靠性高；

（4）适于于机械化加工，工业化生产程度高；

（5）减少砂、石、灰用量，减轻对再生资源的破坏；

（6）环保、可回收再利用，建筑造型美观；

（7）密闭性能好,能制成不渗漏的密闭容器；

（8）耐热性能好，耐火性能差；

（9）耐腐蚀性差。

表1 钢材与混凝土的对比

钢和混凝土容重比：3.4，强度比：210～136。所以刚才较混凝土的重量轻，这样能够便于运输和安装，可跨越更大的跨度。

2.2.2 高层住宅钢材结构设计的特点

（1）对高层住宅钢材结构的设计时要进行柱网的布置，在设计时可以考虑选取一榀框架单元，对柱截面和梁截面要首先进行初选。框架梁受到竖向恒荷载、竖向活荷载、水平风荷载和地震力的作用的影响。对内力的计算时要采用分层法来进行相应的计算。

（2）对高层住宅钢材结构的设计首先应该要考虑高层钢材的承重结构设计，在对承重结构设计的时候需要分两个方面进行设计，即：承载能力极限状态和正常使用极限状态。在设计的过程中要考虑到构件和连接的强度破坏的承受能力，如果因为疲劳导致破坏或者因为钢材过度的变形不在适合继续承载，钢材的结构将会转变为机动体系和结构倾覆。

（3）在对高层住宅钢材结构的设计时要对其结构破坏可能产生的后果采取不同的安全等级设计。一般的高层住宅采用的钢材结构安全设计等级为2级，其他的特殊建筑钢结构住宅的安全等级要根据其实际情况来确定。

（4）在对组合楼盖设计时，要对荷载内力计算、压型钢板组合楼板受力验算、斜截面验算、支座负筋计算、挠度验算及自振频率验算等内容。这样以便方便组合框架内力组合值的计算。

3 结束语

篇10

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。