發(fā)布時(shí)間：2024-02-06 14:44:59
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
[關(guān)鍵詞]：超高層住宅；剪力墻；基于性能的抗震分析
中圖分類號(hào)：TU241文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1 工程概況
某超高層住宅項(xiàng)目處于大連市東港區(qū)，場(chǎng)地北側(cè)為大連萬達(dá)公館，南側(cè)與維灣廣場(chǎng)隔長(zhǎng)江路相望，東臨遼寧省檢驗(yàn)檢疫局。本工程總建筑面積22.96萬m2，地上建筑面積18.14萬m2，地下建筑面積4.82萬m2。共兩層地下室，其中地下二層為車庫及設(shè)備用房，地下一、二層局部為核6、常6級(jí)甲類防空地下室，地上建筑包括兩棟獨(dú)棟商業(yè)及三棟超高層住宅。超高層住宅首層局部挑空為大堂部分， 2～50層為住宅部分，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.3米，建筑總高度為167.10m；塔樓分別在15、27、39層設(shè)3個(gè)避難層。
2 結(jié)構(gòu)體系
2.1上部結(jié)構(gòu)
本工程地上部分主體結(jié)構(gòu)為50層，室外地面至主屋面高度為167.95m。
主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻墻厚根據(jù)計(jì)算確定，一般墻肢厚度詳見表1。標(biāo)準(zhǔn)層平面結(jié)構(gòu)布置圖見圖1。
主要墻體厚度 表1
圖1標(biāo)準(zhǔn)層平面結(jié)構(gòu)布置圖
2.2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)勘察報(bào)告分析，本工程采用樁筏基礎(chǔ)，樁端持力層座落于中風(fēng)化板巖層，樁型采用機(jī)械成孔樁，飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，樁徑1.4m，單樁承載力特征值為14000kN，筏板厚度2.4米，基礎(chǔ)埋深12.3m。單獨(dú)地下室部分及獨(dú)棟商業(yè)部分基礎(chǔ)坐落于強(qiáng)風(fēng)化板巖層上，地基承載力特征值fak=400 kPa。裙樓地下室部分采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)防水底板，防水板厚0.5m。在塔樓與地下室之間設(shè)置施工后澆帶以減小二者之間的差異沉降。由于抗浮水位較高，經(jīng)復(fù)核，單獨(dú)地下室部分結(jié)構(gòu)自重?zé)o法滿足整體抗浮要求，故在上述區(qū)域采用抗浮錨桿以抵抗較大的水浮力。
3上部結(jié)構(gòu)超限情況及性能目標(biāo)
3.1超限情況
1．高度超限
高度超限，主體高度167.95m，超過《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）規(guī)定的B級(jí)鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)適用的最大高度150米的要求，屬于超B級(jí)高度超限高層。
2．平面不規(guī)則
建筑二層樓面局部開大洞，樓板不連續(xù)，導(dǎo)致該層平面不規(guī)則。
3．扭轉(zhuǎn)不規(guī)則
塔樓在地震作用下和風(fēng)荷載作用下，最大彈性層間位移角與平均層間位移角的比值存在大于1.2但小于1.5的情況，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。
3.2性能目標(biāo)
參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）有關(guān)結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)的參考方法，本工程具體性能目標(biāo)設(shè)定見表2。
抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo) 表2
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
本工程結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)；抗震設(shè)防類別為丙類；抗震設(shè)防烈度為7度[1]；設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g；設(shè)計(jì)地震分組為第二組；水平地震影響系數(shù)最大值為0.105（多遇地震作用下）（安評(píng)報(bào)告提供）；Ⅱ 類場(chǎng)地（場(chǎng)地特征周期為0.35 s）；結(jié)構(gòu)阻尼比： 0.05。剪力墻抗震等級(jí)為一級(jí)。基本風(fēng)壓為0.65kN/m2（50年重現(xiàn)期），地面粗糙度類別為A類。
4.2 多遇地震下振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算分析
本工程采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部編制的SATWE（2011年1月版）和韓國(guó)MIDAS IT Inc.公司編制的MIDAS Building（2011版）兩種不同的空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析。分析按照二層地下室并附帶相關(guān)聯(lián)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)嵌固條件分析計(jì)算。驗(yàn)算通過后按無地下室模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析。多遇地震作用和風(fēng)荷載按兩個(gè)主軸方向作用，同時(shí)考慮5%偶然偏心地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響及雙向地震作用之最不利作用。
工程計(jì)算的整體建筑空間模型見圖2，剖面示意見圖3。
圖2整體空間模型圖3剖面圖
從整體計(jì)算結(jié)果（表3）可以看出，各軟件計(jì)算的結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、剪重比比較接近，滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。結(jié)果說明各程序在計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性方面較為精準(zhǔn)，程序之間具有可比性。計(jì)算主要結(jié)果見表4、5。
整體結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、基底剪力比較表 表3
頂點(diǎn)最大位移與層間位移角表5
4.3彈性動(dòng)力時(shí)程分析
彈性動(dòng)力時(shí)程分析采用SATWE進(jìn)行計(jì)算，選用的地震波為場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告提供的50年超越概率為63%的一條人工波α63-2和分析軟件內(nèi)存的兩條適合本工程場(chǎng)地土的兩條地震波XH-1和XH-2，單個(gè)波的總地震剪力不小于振型分解反應(yīng)譜方法計(jì)算結(jié)果的65%，三條波計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)基底剪力平均值平均值不小于振型分解反應(yīng)譜方法計(jì)算結(jié)果80%，滿足規(guī)范要求。對(duì)于頂部樓層的剪力大于反應(yīng)譜計(jì)算的部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將取用三條時(shí)程波的包絡(luò)值，在反應(yīng)譜基礎(chǔ)上將內(nèi)力放大調(diào)整，進(jìn)行構(gòu)件補(bǔ)充計(jì)算。
4.4中震彈性和中震不屈服分析
在進(jìn)行多遇地震彈性計(jì)算的基礎(chǔ)上，本工程進(jìn)行了中震彈性驗(yàn)算，計(jì)算目標(biāo)是底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻受剪保持彈性狀態(tài)，部分連梁可以進(jìn)入塑性階段，并通過調(diào)整梁剛度折減，適當(dāng)增加剪力墻安全度。此外進(jìn)行了中震不屈服結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，計(jì)算目標(biāo)是剪力墻偏拉偏壓保持不屈服狀態(tài)，驗(yàn)算墻肢是否出現(xiàn)全截面受拉，部分連梁可以進(jìn)入塑性階段。上述計(jì)算均采用特征周期0.35，水平地震影響系數(shù)0.23。
4.5 靜力彈塑性分析
本工程采用PUSH&EPDA對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了X向和Y向推覆計(jì)算,荷載加載形式為CQC。其性能點(diǎn)的基底剪力、頂點(diǎn)位移為、阻尼比、最大層間位移角見表6。罕遇地震作用下的薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算滿足規(guī)范1/120要求。X、Y向推覆能力譜與需求譜曲線見圖4-5。
結(jié)構(gòu)性能點(diǎn)相關(guān)參數(shù) 表6
圖4X向推覆能力譜與需求譜曲線 圖5Y向推覆能力譜與需求譜曲線
4.6結(jié)構(gòu)舒適度驗(yàn)算
按照10年重現(xiàn)期的風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)橫風(fēng)向及順風(fēng)向的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)加速度，本工程的計(jì)算結(jié)果為：順風(fēng)向0.060 m/s2，橫風(fēng)向0.147 m/s2，滿足規(guī)范0.15m/s2的限值。
4.7超限加強(qiáng)措施
控制墻肢軸壓比不大于0.50，南北窗間墻處按分離框架柱進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算分析，并按兩模型包絡(luò)值進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)取為一層～六層，過渡層取為七層～八層，采用一級(jí)抗震等級(jí)；對(duì)大堂處局部穿層肢墻采取特一級(jí)抗震構(gòu)造措施，并在一、二層增設(shè)鋼骨加強(qiáng)。在底部中震受拉（拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值大于ftk）處墻肢增設(shè)型鋼，以型鋼抵抗全部拉力，且型鋼配置高于受拉區(qū)域二層，并采取特一級(jí)抗震構(gòu)造措施。需構(gòu)造加強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)（轉(zhuǎn)角墻、橫墻、南北窗間墻，內(nèi)墻支撐多梁的端節(jié)點(diǎn)）的約束邊緣構(gòu)件上延至軸壓比0.30處（25層）。在樓板局部不連續(xù)處加大兩側(cè)板厚，并配置上、下雙向通長(zhǎng)鋼筋，同時(shí)周邊剪力墻設(shè)暗梁，以增大水平剛度。罕遇地震作用時(shí)，底部加強(qiáng)區(qū)內(nèi)的部分墻肢進(jìn)入塑性狀態(tài)，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)增加設(shè)置型鋼或加大配筋等加強(qiáng)措施，以提高墻肢延性及抗倒塌能力。
5結(jié)論
通過兩個(gè)不同軟件對(duì)整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，互為驗(yàn)證后，結(jié)構(gòu)的剛度與變形特性滿足規(guī)范規(guī)定的限制要求，按設(shè)定的性能目標(biāo)及相應(yīng)措施，通過對(duì)超高層復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性、彈塑性分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能目標(biāo)，采用比規(guī)范要求更高的抗震措施對(duì)重要的構(gòu)件做適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)。
參 考 文 獻(xiàn)
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[3] JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2010
[4] 徐培福. 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2005。
關(guān)鍵詞：高層住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題探討
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及人口的不斷增多，為了解決住房的問題，我國(guó)城市居民的住宅向高層結(jié)構(gòu)發(fā)展。在這一開發(fā)建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是其安全性以及舒適性的前提，也是高層住宅建設(shè)的基礎(chǔ)?？梢哉f，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接決定了整個(gè)建筑的質(zhì)量以及可使用的程度，因此我們要重視高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中問題的探討解決。
1高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題
1.1抗震問題
在進(jìn)行高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，抗震方面的設(shè)計(jì)是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是讓設(shè)計(jì)人員較為頭疼的一個(gè)環(huán)節(jié)，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)十分復(fù)雜。在進(jìn)行這一方面的設(shè)計(jì)的過程中，不僅僅要對(duì)相關(guān)建筑材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析以及選擇，同時(shí)，還要對(duì)整個(gè)建筑群進(jìn)行考慮。我國(guó)是一個(gè)地震頻發(fā)的國(guó)家，但同時(shí)因?yàn)槲覈?guó)也是國(guó)土遼闊的大國(guó)，有的地區(qū)沒有經(jīng)歷過比較明顯的地震災(zāi)害。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，部分設(shè)計(jì)人員并不是十分重視抗震設(shè)計(jì)這一問題。除此之外，由于我國(guó)物力財(cái)力方面的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)抗震設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的制定時(shí)放寬了尺度。另外，經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，有相當(dāng)部分的開發(fā)商為了追求利益最大化，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造價(jià)給出指標(biāo)限制降低工程成本。上述各種原因?qū)е铝宋覈?guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)抗震存在不足，高層住宅是居民密集聚集的建筑，高層住宅結(jié)構(gòu)抗震問題導(dǎo)致廣大居民的生命安全存在隱患。
1.2樓層平面布置問題
在進(jìn)行高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置時(shí)往往會(huì)感到十分的頭痛。建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)，為了最大化地追求建筑使用舒適功能要求，住宅房間布置時(shí)按照各自的使用功能劃分，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的墻體、柱子不能對(duì)齊布置，最終導(dǎo)致平面梁布置時(shí)不能形成連續(xù)貫通的框架。從結(jié)構(gòu)傳力的角度分析，平面布置沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體系[1]。我們都知道，雖然說理論計(jì)算或計(jì)算機(jī)程序在數(shù)學(xué)或是力學(xué)上都是可以給出結(jié)果，但是這種結(jié)果與理論假定及實(shí)際是存在較大出入的。我們知道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論計(jì)算分析十分重要，但是結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)同樣重要，結(jié)構(gòu)概念及構(gòu)造設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)理論設(shè)計(jì)的重要補(bǔ)充。由此我們就可以看出，在進(jìn)行高層住宅設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要重視結(jié)構(gòu)概念的理解，不能單獨(dú)追求建筑使用功能的舒適而忽略結(jié)構(gòu)的安全問題。
1.3剪力墻問題
剪力墻在高層建筑物的結(jié)構(gòu)中具有十分關(guān)鍵的作用，通過這一構(gòu)件結(jié)構(gòu)能夠較為有效的抗側(cè)力。在高層住宅中我們會(huì)遇到很多樓梯間周圍布置剪力墻的方案，因?yàn)闃翘蓍g一側(cè)墻體沒有樓板連接，使得該剪力墻分擔(dān)整體結(jié)構(gòu)水平力能力大大降低[2]。然而，大多住宅中各種設(shè)備管井尤其是通風(fēng)井排放在該剪力墻的另一側(cè)，導(dǎo)致墻體兩側(cè)相連的有效樓板十分有限。這與我們布置剪力墻作為結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)側(cè)向力構(gòu)件的初衷相反，致使整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力大大降低。此外，建筑工程在進(jìn)行施工的過程中，部分施工單位會(huì)進(jìn)行工期的縮短，這樣施工人員為了趕工期不得不加快建筑速度，這在一定程度上影響到其施工質(zhì)量。在使用商品混凝土進(jìn)行泵送的時(shí)候，往往會(huì)增加水泥的用量，減少粗骨料的使用量，由于這兩者的比例產(chǎn)生了一定的變化，會(huì)在一定程度上增加了結(jié)構(gòu)的收縮量。加上由于混凝土強(qiáng)度的提高，使彈性模量增加將引起更大的約束拉應(yīng)力產(chǎn)生，使得混凝土用量大的剪力墻產(chǎn)生裂縫的因素在增大。
2高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的相關(guān)對(duì)策
2.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)于建筑物的高寬比進(jìn)行嚴(yán)格的把握，要根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取多種計(jì)算程序比較復(fù)核。對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)思想宣傳，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)重要性的認(rèn)識(shí)，應(yīng)以人民的生命財(cái)產(chǎn)安全為出發(fā)點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與時(shí)俱進(jìn)地修訂改進(jìn)抗震相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提高設(shè)計(jì)安全儲(chǔ)備。對(duì)于住宅等一旦發(fā)生地震極有可能造成重大傷亡的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加快學(xué)習(xí)采用建筑隔震等新技術(shù)措施，增加抗震安全儲(chǔ)備。
2.2平面布置時(shí)合理地考慮結(jié)構(gòu)概念
在進(jìn)行建筑平面方案設(shè)計(jì)的過程中，為使理論與實(shí)際最大限度的相接近，建筑方案的確定應(yīng)適當(dāng)?shù)乜紤]結(jié)構(gòu)方案的可行性及優(yōu)劣性。建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)充分地將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震概念及結(jié)構(gòu)受力概念融入到建筑方案中，充分考慮對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)劣影響，對(duì)于涉及生命安全的重要建筑結(jié)構(gòu)，必要時(shí)應(yīng)以結(jié)構(gòu)安全為前提[3]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也應(yīng)對(duì)建筑方案的確定提出合理的優(yōu)化建議，對(duì)于確實(shí)影響結(jié)構(gòu)安全的建筑設(shè)計(jì)方案應(yīng)本著安全第一的原則提出修改。
2.3剪力墻的設(shè)計(jì)
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)與建筑及設(shè)備專業(yè)做好溝通，最大限度減少其布置方案對(duì)剪力墻的不利影響。應(yīng)以理論與實(shí)際最大限度接近為原則，設(shè)計(jì)人員要靈活地嘗試剪力墻布置方式，不要被一貫的布置思想束縛，進(jìn)而保障結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)力剛度的要求。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，適當(dāng)加強(qiáng)與墻體相連樓板的厚度及配筋率。條件允許時(shí)可以將剪力墻設(shè)置成L型或是T型，通過這樣的方法，才能夠發(fā)揮這一面墻的作用。對(duì)于工期緊、混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值較高或處于溫差變化較大位置的剪力墻，應(yīng)適當(dāng)增加墻體配筋率，降低裂縫的產(chǎn)生。
3總結(jié)
綜上所述，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要設(shè)計(jì)人員注意的問題有很多，例如：抗震問題、平面布置問題、剪力墻問題等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以安全為基本前提，在理論分析合理計(jì)算的基礎(chǔ)上，重視結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)策的提出，從而不斷提高其設(shè)計(jì)質(zhì)量。
作者:趙國(guó) 崔濤 單位:大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 大連天鴻建筑設(shè)計(jì)有限公司
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)住宅 設(shè)計(jì)
1、工程概況
某住宅樓建筑面積6233.2m2，地上13層為住宅房間，地下l層為設(shè)備間及停車場(chǎng)。根據(jù)使用功能、建筑總平面、建筑面積、建筑朝向、防火防煙分區(qū)等多方面的要求，經(jīng)多次優(yōu)化進(jìn)行了本建筑的平、立、剖面設(shè)計(jì)，每一戶住房中的衛(wèi)生間、廚房、臥室、客廳均有較好的自然采光和通風(fēng)，均可滿足住宅的建筑使用要求。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)資料
設(shè)計(jì)標(biāo)高：室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高0.00m，室內(nèi)外高差0.3m?；撅L(fēng)壓：wo---0.35kN/m2。地質(zhì)資料：建筑場(chǎng)地至地下9in范圍內(nèi)為粉質(zhì)黏土，地基承載力特征值為150kN/m2。地震設(shè)防烈度為7度。
2.2 建筑布置及計(jì)算簡(jiǎn)圖的確定
（1）結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)可知，該住宅為地上12 層，地下1層。綜合考慮設(shè)計(jì)資料、建筑功能及受力合理的要求，本建筑采用框架結(jié)構(gòu)體系。（2）計(jì)算簡(jiǎn)圖。從結(jié)構(gòu)平面布置圖中取出最不利一榀框架，作為該結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。（3）截面的初步確定。根據(jù)荷載和跨度的要求，框架梁柱承受的荷載都比較大，故在材料選用時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮強(qiáng)度較高的鋼材，本工程主梁和柱子采用Q345B 鋼材，材料性能應(yīng)滿足《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼}（GB/T1591）的要求。柱采用寬翼緣的H 型鋼，梁采用中翼緣的H型鋼，據(jù)所選梁柱截面可以確定相應(yīng)截面的
幾何參數(shù)。
2.3 荷載計(jì)算
（1）恒載計(jì)算。主要考慮屋面、樓面均布荷載，并得到恒載作用下結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖。（2）活載計(jì)算。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》得到非上人屋面的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值以及各樓層活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)而通過計(jì)算，得到了活載作用下的計(jì)算簡(jiǎn)圖。（3）風(fēng)荷載計(jì)算。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，已知基本分壓w0=0.35kN/m2。由Wk=βzusuzwo?？芍L(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。將風(fēng)荷載換算成作用于每一層節(jié)點(diǎn)上的集中荷載，從而建立風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖。（4）地震荷載計(jì)算。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)地震分
組為第二組，Tk=0.40S，根據(jù)底部剪力法公式可得地震荷載作用在每一層節(jié)點(diǎn)上的集中荷載，從而得到地震荷載下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。
2.4內(nèi)力計(jì)算
（1）恒載作用下內(nèi)力計(jì)算。力法、位移法、彎矩分配法、無剪力分配法均可用來計(jì)算框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移，但是多層鋼結(jié)構(gòu)往往桿件較多，超靜定次數(shù)很多，采用這些方法比較費(fèi)時(shí)，因此實(shí)際計(jì)算時(shí)一般用近似方法分別計(jì)算結(jié)構(gòu)在豎向荷載和水平荷載作用下的內(nèi)力和位移。框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作坩下的計(jì)算方法有分層法、迭代法、二次彎矩分配法等。
2.5 構(gòu)件設(shè)計(jì)
據(jù)內(nèi)力計(jì)算組合結(jié)果，即可選擇各截面的最不利內(nèi)力進(jìn)行梁柱截面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)公式為S≤R 和S≤R/yRE（地震作用參與的組合）。柱的截面設(shè)計(jì)考慮強(qiáng)度、剛度、平面內(nèi)整體穩(wěn)定、平面外整體穩(wěn)定以及局部穩(wěn)定等方面。主梁設(shè)計(jì)模型按多跨連續(xù)梁考慮。截面設(shè)計(jì)考慮強(qiáng)度、剛度、局部穩(wěn)定等方面（由于采用壓型鋼板組合樓板，且有牢靠的連接，故不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定），次梁截面按兩端簡(jiǎn)支考慮，由強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定等綜合確定。
3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
3.1 鋼材結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
鋼材的結(jié)構(gòu)具有以下的特點(diǎn)：（1）強(qiáng)度高，重量輕；（2）塑性、韌性好；（3）材質(zhì)均勻，工作可靠性高；（4）適于于機(jī)械化加工，工業(yè)化生產(chǎn)程度高；（5）減少砂、石、灰用量，減輕對(duì)再生資源的破壞；（6）環(huán)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。
鋼和混凝土容重比：3.4，強(qiáng)度比：210～136。所以剛才較混凝土的重量輕，這樣能夠便于運(yùn)輸和安裝，可跨越更大的跨度。
3.2 高層住宅鋼材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
（1）對(duì)高層住宅鋼材結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行柱網(wǎng)的布置，在設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮選取一榀框架單元，對(duì)柱截面和梁截面要首先進(jìn)行初選?？蚣芰菏艿截Q向恒荷載、豎向活荷載、水平風(fēng)荷載和地震力的作用的影響。對(duì)內(nèi)力的計(jì)算時(shí)要采用分層法來進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。
（2）對(duì)高層住宅鋼材結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)該要考慮高層鋼材的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在對(duì)承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要分兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。在設(shè)計(jì)的過程中要考慮到構(gòu)件和連接的強(qiáng)度破壞的承受能力，如果因?yàn)槠趯?dǎo)致破壞或者因?yàn)殇摬倪^度的變形不在適合繼續(xù)承載，鋼材的結(jié)構(gòu)將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系和結(jié)構(gòu)傾覆。
4、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是：結(jié)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，整個(gè)結(jié)構(gòu)安全可靠；結(jié)構(gòu)應(yīng)符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；結(jié)構(gòu)方案盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結(jié)構(gòu)重量；盡可能縮短制造、安裝時(shí)間，節(jié)約勞動(dòng)工日；結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)便于運(yùn)輸、便于維護(hù)；在可能條件下，盡量注意美觀，特別是外露結(jié)構(gòu)，有一定建筑美學(xué)要求。
（1）梁柱體系
平面采用普通梁格體系。梁采用熱軋焊接H 形截面鋼梁，柱為焊接箱型鋼柱。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成剛性框架結(jié)構(gòu)，豎向荷載由梁、板、柱承擔(dān)?？蚣艿牧号c梁、梁與柱、柱與基礎(chǔ)均按剛性連接設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)連接采用高強(qiáng)螺栓與焊接共同作用。次梁為H 形截面單跨簡(jiǎn)支梁，設(shè)計(jì)主次梁時(shí)均不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用。
（2）抗剪體系
分析計(jì)算表明，在全部水平風(fēng)荷載和地震力作用下，上述結(jié)構(gòu)體系局部剛度較弱，因此鋼框架―支撐結(jié)構(gòu)體系通過布置中心支撐來抵抗水平荷載。鋼框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系的中間部分電梯井與樓梯間布置鋼筋混凝土剪力墻，來抵抗水平外力的沖擊。
（3）樓蓋體系
一般各層樓（ 屋） 蓋均采用鋼筋混凝土樓（ 屋） 蓋， 樓板厚度依結(jié)構(gòu)計(jì)算定為110mm，140mm。在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，認(rèn)為樓蓋剛度足夠大，符合平面內(nèi)無限剛性的假定。
5、鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題
5.1鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑的設(shè)計(jì)原則。
（1）發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，并避免鋼結(jié)構(gòu)帶來的建筑平、立面單調(diào)呆板。
（2）解決鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑防火、防腐蝕問題。特別是在多雨的環(huán)境，防腐、防銹工作處理的好壞直接影響到鋼結(jié)構(gòu)住宅。
5.2結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性有很大關(guān)系。結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，地震時(shí)易損壞，而且除彈性設(shè)計(jì)外還要作彈塑性層間位移驗(yàn)算。因此應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)布置符合規(guī)則性要求。
5.3鋼結(jié)構(gòu)要做到安全合理、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方便可靠、并為構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝創(chuàng)造條件。
6、結(jié)語
鋼結(jié)構(gòu)作為一種新型的結(jié)構(gòu)形式，具有自重輕、結(jié)構(gòu)空間大等優(yōu)點(diǎn)，十分適合應(yīng)用于高層民用建筑中。同時(shí)，鋼材具有非常好的延性?？拐鹦阅軆?yōu)于其他任何一種材料，鋼結(jié)構(gòu)作為一種承重結(jié)構(gòu)有不同于其他結(jié)構(gòu)形式的獨(dú)特之處，只是其配套體系有待于進(jìn)一步開發(fā)和完善。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綜合國(guó)力的增強(qiáng)，我國(guó)的高層建筑會(huì)越來越多的采用鋼結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 姜學(xué)詩；鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題分析[J]；建筑結(jié)構(gòu)；2003年06期
關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基礎(chǔ) 剪力墻 樓板
1結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與總體指標(biāo)控制
結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有: SATWETAT、TBSA或ETABSSAP等。但是, 由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異, 導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果或大或小。所以, 在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí), 必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件, 并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中。判斷哪個(gè)是合理的。特別在抗震超限分析中, 哪個(gè)是可以作為參考的, 哪個(gè)又是意義不大的, 這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則, 如果選擇了不合適的計(jì)算軟件, 不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力, 而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。
計(jì)算判斷結(jié)構(gòu)抗震是否可行的主要依據(jù)。是在風(fēng)荷載和地震作用下水平位移的限值; 地震作用下, 結(jié)構(gòu)的振型曲線, 自振周期以及風(fēng)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?？傮w指標(biāo)對(duì)建筑物的總體判別十分有用。
如若剛度太大, 周期太短, 導(dǎo)致地震效應(yīng)增大, 造成不必要的材料浪費(fèi), 但剛度太小, 結(jié)構(gòu)變形太大, 影響建筑物的使用。對(duì)合理的剛度, 筆者建議: 對(duì)高層住宅u /H取1 /2 500 - 1 /3 500, 剛重比在10～15之間是比較合理的。周期約為層數(shù)的0.06倍～0.08倍之間。另外, 對(duì)結(jié)構(gòu)布置扭轉(zhuǎn)的控制, 在考慮偶然偏心影響的地震作用下, 樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的1.2 倍, 不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5 倍。當(dāng)然,對(duì)于頂層構(gòu)件可不考慮在內(nèi)。否則很難滿足上述指標(biāo)。
2高層住宅的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師極其關(guān)注和重視的一方面。目前, 高層剪力墻體系由于考慮埋置深度的要求。一般均設(shè)置地下室。常用樁基型式有預(yù)制鋼筋混凝土方樁、PHC管樁、鉆孔灌注樁及鉆孔灌注后壓漿樁?；A(chǔ)則采用樁筏基礎(chǔ)。如何對(duì)樁進(jìn)行合理選型將對(duì)整個(gè)地下室設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。例如某一工程, 上部十八層帶一地下室。根據(jù)勘察報(bào)告, 采用中400 mm預(yù)應(yīng)力管樁, 可選樁長(zhǎng)25 m, 單樁承載力特征值Ra = 900 kN; 樁長(zhǎng)34 m, 單樁承載力特征值Ra = 1 300 kN。采用25 m樁需290根, 采用34 m樁需200根。但采用25 m樁為滿樘布置, 筏板厚需1 200 mm; 而采34 m樁為墻下布置, 筏板可減至900 mm, 經(jīng)濟(jì)性明顯。因此, 基礎(chǔ)選型應(yīng)選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對(duì)于筏板厚度的取值則應(yīng)考慮樁沖切、角樁沖切、墻沖切及板配筋等多方面的因素。另外, 筏板長(zhǎng)度的設(shè)置也須研究探討。由于考慮地下室的使用合理性, 常規(guī)采用設(shè)置后澆帶來解決底板超長(zhǎng)引起的收縮及溫度裂縫。后澆帶的作用是明顯的, 但也給施工帶來了不少麻煩, 甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層。長(zhǎng)寬均達(dá)100 m以上, 中間就設(shè)置幾條后澆帶也沒有其他措施, 是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>
嵌固端的設(shè)置問題: 由于高層建筑一般都帶有一或二層的地下室和人防, 嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置。在這個(gè)問題上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面。如: 嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問題。而忽略其中任何一個(gè)方面, 都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。
3高層住宅的剪力墻設(shè)計(jì)
(1) 由于目前的住宅內(nèi)部空間以及美觀的要求, 以及建筑造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理的要求, 從而對(duì)結(jié)構(gòu)體系的要求也隨之提高, 剪力墻結(jié)構(gòu)(含部分短肢剪力墻) 就是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的結(jié)構(gòu)。剪力墻布置必須均勻合理, 使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合, 且兩向的剛重比接近。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻。若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長(zhǎng)墻( h /w > 8) 。應(yīng)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(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱。當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時(shí), 應(yīng)計(jì)算暗柱配筋。轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長(zhǎng),因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中, 有條件兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長(zhǎng)墻。規(guī)范中對(duì)普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍以下為短墻, 大于8倍則為普通墻。這就引起高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻的受力特性截然不同, 而配筋亦大相徑庭, 顯得比較機(jī)械而不合理。在新規(guī)范中對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制, 應(yīng)盡可能少采用短肢剪力墻。
(2) 剪力墻配筋及構(gòu)造。對(duì)于高層住宅來說, 剪力墻是面廣量大的。因此, 合理控制剪力墻配筋對(duì)于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用。①剪力墻墻體配筋(以200 mm厚墻體為例) 一般要求水平鋼筋放在外側(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小筋率即可。筆者建議加強(qiáng)區(qū)Φ10間距200, 非加強(qiáng)區(qū)Φ8 間距200雙層雙向即可。雙排鋼筋之間采用Φ6間距600 ×600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。因?yàn)榈叵虏糠謮w配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制。而由于簡(jiǎn)化計(jì)算經(jīng)常由豎向筋控制, 此種情況下為增大計(jì)算墻體有效高度, 可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè), 豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定: 迎水面保護(hù)層應(yīng)大于50 mm,且在保護(hù)層內(nèi)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定,增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。在這種情況下, 很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行外墻裂縫驗(yàn)算時(shí), 有效截面高度仍按保護(hù)層50 mm計(jì)算,這是不妥當(dāng)?shù)?。?dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后, 計(jì)算保護(hù)層厚度至少可按30 mm來取值, 這對(duì)節(jié)省墻體配筋效果相當(dāng)明顯。②剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件。一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件: 其余剪力墻應(yīng)按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。本節(jié)僅就構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋作一點(diǎn)討論。筆者認(rèn)為首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別, 即普通剪力墻(長(zhǎng)墻) , 短肢剪力墻, 小墻肢和一個(gè)方向長(zhǎng)肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對(duì)待配筋。對(duì)于普通剪力墻, 其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率,建議加強(qiáng)區(qū)0.7%, 一般部位0.5%; 對(duì)于短肢剪力墻, 應(yīng)按高規(guī)第7.1.2條控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%, 一般部位1.0%; 對(duì)于小墻肢其受力性能較差, 應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比, 宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2%, 一般部位1.0%; 而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體, 設(shè)計(jì)中往往就按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋, 這并不妥當(dāng)。建議一: 計(jì)算中另一方向短肢不進(jìn)入剛度, 則配筋可不考慮該方向短肢影響; 二: 計(jì)算中短肢進(jìn)入剛度, 則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率加強(qiáng)區(qū)1.0%, 一般部位0.8%。③剪力墻中的連梁跨度小, 截面高度大, 在地震作用下彎矩、剪力很大, 有時(shí)很難進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果加大連梁高度, 配筋值有時(shí)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(biāo)高。對(duì)于門洞, 上述所示情況梁的高度是一樣的, 但對(duì)于窗洞,連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底, 有時(shí)則高度太高,這樣高跨比太大, 并且與計(jì)算圖形不符, 相應(yīng)配筋亦較大,不合理。筆者建議:連梁高度計(jì)算與設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面。對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑。對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí),可再增加一根梁,兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置,腰筋同墻體水平筋。④剪力墻的樓層處均設(shè)置暗梁。目前,各設(shè)計(jì)院在剪力墻的樓層處均設(shè)置暗梁,而對(duì)暗梁的作用及配筋亦各有理解。筆者認(rèn)為對(duì)于框架--剪力墻結(jié)構(gòu),如剪力墻周邊僅有柱而無梁時(shí),則設(shè)置暗梁,并且要求剪力墻兩端是明柱。這是因?yàn)橹苓呌辛褐募袅?抗震性能要比一般剪力墻要好。剪力墻結(jié)構(gòu)則沒有這方面的要求,在墻板交接處設(shè)置暗梁對(duì)加強(qiáng)墻體整體性作用還是有的,但究竟有多大則無從確定。因此,就目前而言,在樓層位置設(shè)置暗梁是可行的。但沒有必要設(shè)置太大斷面及配筋,建議底部加強(qiáng)區(qū)斷面可取墻厚×300 mm,配筋上下各2Φ16 mm,一般部位斷面可取墻厚×250 mm。配筋上下各2Φ14 mm即可。
4高層住宅的樓板設(shè)計(jì)
伴隨著商品混凝土的推廣, 建筑樓面出現(xiàn)裂縫的機(jī)率加大。并且日益受到人們的關(guān)注。專家認(rèn)為, 控制裂縫是個(gè)系統(tǒng)工程, 樓面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫原因復(fù)雜。有材料、溫度變化等原因, 也有設(shè)計(jì)、施工使用等方面問題; 而樓面沿板內(nèi)預(yù)埋管線出現(xiàn)的裂縫尚未引起工程人員足夠重視。從設(shè)計(jì)方面看, 以下成因應(yīng)當(dāng)重視, 利于有目的進(jìn)行裂縫控制。樓板剛度不足: 設(shè)計(jì)按多跨連續(xù)板進(jìn)行配筋計(jì)算, 側(cè)重于滿足結(jié)構(gòu)安全, 較少考慮混凝土收縮特性和溫度變形等多種因素。樓板高跨比僅為L(zhǎng) /33～L /35。其剛度較小對(duì)裂縫控制很不利。
樓板構(gòu)造配筋設(shè)計(jì)不周: 設(shè)計(jì)在支座處按常規(guī)配設(shè)負(fù)筋, 在中部板面不配鋼筋。當(dāng)板面出現(xiàn)溫度變形和混凝土收縮, 因無構(gòu)造鋼筋約束, 板面即出現(xiàn)裂縫。樓板內(nèi)布線欠合理: 由于水電施工圖由各專業(yè)設(shè)計(jì)。實(shí)際施工中出現(xiàn)水電管交叉疊放, 或由于設(shè)計(jì)考慮管內(nèi)容線面積, 部分預(yù)埋管徑≥25 mm, 且設(shè)計(jì)管線位置在樓板跨中。即在單層雙向配筋處, 樓板有效截面受到很大程度( 15% ～40% ) 削弱, 成為樓板最易開裂的部位。當(dāng)樓板收縮應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí), 即出現(xiàn)沿管線表面呈直線狀的裂縫。
從房屋的空間結(jié)構(gòu)來看, 剪力墻剛度大約束了剪力墻間梁板的水平向自由變形, 而梁剛度又較板剛度大。因各類因素引起的水平向收縮變形均集中到剪力墻間剛度最小的板上, 造成這塊板開裂。對(duì)策及建議: 梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜大于C30, 樓板應(yīng)雙層雙向配筋; 屋面、轉(zhuǎn)換層樓面配筋宜加強(qiáng); 樓板內(nèi)管線應(yīng)避免出現(xiàn)交叉(將交叉部位設(shè)置在梁或墻上) , 控制管線直徑。使其不超過板厚的20%且≤25 mm; 重視房屋護(hù)構(gòu)件(外墻、屋面、門窗等) 的保溫設(shè)計(jì), 若使房屋具有良好的保溫性能, 不僅可大幅度降低房屋長(zhǎng)期能耗, 更是減少因溫差變形而引起裂縫的有效手段。
5結(jié)束語
關(guān)鍵詞: 框剪結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；計(jì)算方法；高層住宅
引言
近年來,由于建筑設(shè)計(jì)和使用功能等的要求,導(dǎo)致很多在抗震設(shè)防區(qū)的住宅建筑在其中部附近開設(shè)了過洞或過人洞。這使得一些抗震墻無法落地,而僅靠落地剪力墻,結(jié)構(gòu)總體剛度不夠,必須要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件,通過轉(zhuǎn)換構(gòu)件將上部構(gòu)件的內(nèi)力傳遞到基礎(chǔ)和地基。也常有一部分住宅建筑由于車位、底部景觀架空通透、上部房間布局等因素, 造成了少量抗震墻無法落地。它們有一個(gè)共同的特點(diǎn),就是轉(zhuǎn)換層上的不落地抗震墻占該層總抗震墻的比例很小, 一般僅在10 %左右。由于轉(zhuǎn)換層上下側(cè)移剛度基本相同,這使得它們的一些特性更加接近抗震墻結(jié)構(gòu), 我們把這種介于抗震規(guī)范所講的抗震墻結(jié)構(gòu)和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)形式稱為局部框支抗震墻結(jié)構(gòu)。這里所講的局部框支抗震墻結(jié)構(gòu)除了不落地抗震墻很少以外,還具有以下特點(diǎn): 框支柱的數(shù)量一般為6～8 個(gè),最多不超過10 個(gè)。下面本文將結(jié)合實(shí)際工程對(duì)此類建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，供大家參考學(xué)習(xí)。
1 工程概況
某工程項(xiàng)目規(guī)劃總用地為6.983hm2 , 規(guī)劃總建筑面積15.3萬. (地上) 。本工程包含1～4 # 高層住宅、5 # 商業(yè)辦公樓、6 # 辦公樓及公共的地下室,總建筑面積為144 726m2其中,2 # 、3 # 十九層高層住宅工程為框支剪力墻結(jié)構(gòu),一層平面見圖1 所示。
圖1 2 # 、3 # 樓底部結(jié)構(gòu)平面布置圖
主體結(jié)構(gòu)層高62.3m,地下室2 層,層高分別為3.5m,4.7m;地上1 層為居民活動(dòng)空間,高5. 4m; 2層～13層為住宅, 層高2.9m, 以上至屋頂層高均為3.0m。
該地區(qū)的基本風(fēng)壓0.4N/mm2 , 抗震設(shè)防烈度7 度,場(chǎng)地土的特征周期0.45s , 設(shè)計(jì)基本地震加速度0. 1g , 框架抗震等級(jí)為二級(jí),剪力墻底部加強(qiáng)部位抗震等級(jí)為二級(jí), 其余部位為三級(jí)。結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.05 ,水平地震影響系數(shù)最大值為0.08 ,罕遇地震影響系數(shù)最大值為0.5 , 地面粗糙度為C類。計(jì)算中考慮雙向水平地震作用、扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響及重力二階效應(yīng),并對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算和分析
2. 1 轉(zhuǎn)換體系的選取與計(jì)算
框支轉(zhuǎn)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(guān)鍵。由于工程轉(zhuǎn)換梁上部層數(shù)多,地震時(shí)樓板將傳遞相當(dāng)大的地震力, 其在平面內(nèi)的變形是不可忽略的。因此采用彈性板或彈性膜的計(jì)算模型較為適宜。由于彈性板的平面外剛度在整體計(jì)算中已被計(jì)入, 相當(dāng)于考慮了板對(duì)梁的卸荷作用,會(huì)使梁的設(shè)計(jì)偏于不安全。在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析時(shí),將轉(zhuǎn)換層樓板用彈性膜單元模擬。
2. 2 嵌固端與轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的地震剪力通過地下室頂板傳遞到全部地下室結(jié)構(gòu), 同時(shí)能夠保證上部結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形是以地下室為參照原點(diǎn)?！犊挂?guī)》第6. 1. 14 條規(guī)定: 當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜壳豆潭瞬课粫r(shí), 結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍, 地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍的頂板厚度不宜小于180mm。故地下室頂板厚度取200mm,同時(shí),為了有效地將水平地震力傳遞給剪力墻,在應(yīng)力集中的樓層,將樓板厚度加大, 轉(zhuǎn)換層樓板取180mm, 與其相鄰的層也適當(dāng)加厚至150mm。
考慮抗震需要, 施工圖階段時(shí)更有意提高轉(zhuǎn)換層配筋率,使單層配筋率達(dá)到0. 35 % ,以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換層樓板和框支大梁共同作用的能力?？紤]到梁寬大于上部剪力墻的兩倍, 寬度較寬, 對(duì)邊轉(zhuǎn)換梁, 板面鋼筋不是簡(jiǎn)單地要求伸入梁內(nèi)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(nèi)扭矩在板上的有效傳遞。
2. 3 框支柱與剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚的設(shè)計(jì)
框支柱基本布置于上部剪力墻對(duì)齊的下方或就近區(qū)域, 這樣不僅能使豎向荷載的傳力途徑直接、明確, 減少轉(zhuǎn)換板的內(nèi)力, 同時(shí), 上下抗側(cè)力結(jié)構(gòu)對(duì)齊, 對(duì)于抵抗水平地震荷載作用, 改善轉(zhuǎn)換板的復(fù)雜受力情況也是大有裨益的(詳見圖1) 。
框支柱作為框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系中重要的構(gòu)件, 它的安全度直接影響到整棟建筑結(jié)構(gòu)的抗震性, 因而框支柱的延性和承載力成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?？蛑е鶓?yīng)在計(jì)算的基礎(chǔ)上,通過概念設(shè)計(jì)和抗震措施(構(gòu)造措施) 進(jìn)行設(shè)計(jì)。調(diào)整框支柱總剪力不小于0. 30 ,框支柱的抗震等級(jí)定位一級(jí),為了增加其延性, 軸壓比不超過0. 4 , 其最小配箍特征值比一級(jí)增加0. 02 采用,框支層剪力墻軸壓比控制在0. 6 以內(nèi),以保證剪力墻有足夠的延性，避免剪力墻的等豎向受力構(gòu)件在地震中產(chǎn)生脆性破話。
抗震設(shè)計(jì)時(shí), 剪力墻的底部加強(qiáng)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(nèi)采取增加構(gòu)造邊緣構(gòu)件箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強(qiáng)措施,避免脆性的剪切破壞,改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》J GJ3 - 2010(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》) 10．2．2 帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度應(yīng)從地下室頂板算起，宜取至轉(zhuǎn)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(qiáng)部位處剪力墻的平面外剛度和穩(wěn)定性,《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011 - 2010(以下簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》) 及《高規(guī)》分別規(guī)定了剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚的取值。其中,考慮到高層建筑結(jié)構(gòu)的重要性《高規(guī)》對(duì)墻厚的取值更加嚴(yán)格。針對(duì)本工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)中有以下兩點(diǎn)特別之處:
(1) 一般情況下, 高層建筑結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的剪力墻厚度應(yīng)按照《高規(guī)》7. 2. 2 條規(guī)定取值。但對(duì)于本工程而言,由于底部層高較大,一般剪力墻墻厚bw取380 ,但對(duì)于電梯井處剪力墻布置較多,相對(duì)的軸力較小,其截面按照上述方法取值則顯得的不是很經(jīng)濟(jì)合理。因此,針對(duì)本工程的具體設(shè)計(jì),剪力墻截面厚度bw適當(dāng)?shù)臏p少到300 ,同時(shí)嚴(yán)格按照《高規(guī)》附錄D 以下公式(1) 計(jì)算墻體的穩(wěn)定。
(1)
(2) 在保證住宅上部剪力墻強(qiáng)度及層間位移滿足規(guī)范的前提下, 應(yīng)盡量減少上部剪力墻數(shù)量, 減薄厚度, 轉(zhuǎn)換層以下厚度加大,以減少結(jié)構(gòu)上部剛度,增大下部剛度。同時(shí), 由于轉(zhuǎn)換層上下剛度的突變對(duì)上部相鄰幾層剪力墻造成的影響, 故而除了對(duì)轉(zhuǎn)換層上相鄰數(shù)層剪力墻的水平及豎向分布筋和暗柱鋼筋予以加強(qiáng)外, 還在這些樓層中跨高比小于2 的剪力墻連梁內(nèi)設(shè)置交叉鋼筋以增強(qiáng)其耗能能力。
2. 4 轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的確定
工程實(shí)踐中, 框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系是對(duì)結(jié)構(gòu)本身來說是很不利的,為了加大底部大空間樓層的抗側(cè)剛度,使上下剛度接近,《高規(guī)》規(guī)定: 需要抗震設(shè)防時(shí), 轉(zhuǎn)換層上下剛度比不應(yīng)大于2 ,同時(shí)不應(yīng)小于1。為了滿足此要求,對(duì)底部的落地芯筒及少量的落地剪力墻均予以加厚, 落地芯筒周邊墻體加厚至300mm(上部為250mm) , 少量的落地剪力墻加厚至400mm(上部為250mm) , 同時(shí)轉(zhuǎn)換層以下的混凝土強(qiáng)度等級(jí)定位C45(上部為C35) , 最終大部分單元?jiǎng)偠缺染刂圃?. 4 左右,只有少數(shù)單元較大,但也控制在1.8以內(nèi)。
由于高層結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的出現(xiàn), 沿建筑物高度方向剛度會(huì)產(chǎn)生不均勻變化,因而在傳遞力的途徑中會(huì)產(chǎn)生很大的改變。如何計(jì)算轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比是帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須解決的主要問題?！陡咭?guī)》附錄E分別規(guī)定了底部大空間層數(shù)不同,轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的計(jì)算方法。其中轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比的計(jì)算綜合考慮了豎向抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪剛度和抗彎剛度,因此更能反映帶轉(zhuǎn)換層的高層結(jié)構(gòu)沿高度方向剛度變化的實(shí)際情況。轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比按公式(2)計(jì)算,為了便于計(jì)算頂部位移,可以將頂部單位水平力適當(dāng)放大。
(2)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以應(yīng)用“高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件”(SATWE) 計(jì)算轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比,具體計(jì)算步驟如下:
(1) 采用PMCAD 分別按(圖2 )建立結(jié)構(gòu)計(jì)算模型1、2 ;
(a) 計(jì)算模型1 - 轉(zhuǎn)換層及其下部結(jié)構(gòu)(b) 計(jì)算模型2 - 轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)
圖2 轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比的計(jì)算模型
(2) 采用SATWE 前處理程序形成風(fēng)荷載數(shù)據(jù)文件WIND. SAT;
(3) 分別修改計(jì)算模型1、2 的風(fēng)荷載數(shù)據(jù)文件,將頂層剛性樓板的X、Y向風(fēng)荷載的X、Y軸均設(shè)置為500kN, Z軸扭轉(zhuǎn)分量設(shè)置為0 , 其余各層X、Y向風(fēng)荷載的X、Y軸分量以及Z軸扭轉(zhuǎn)分量均設(shè)置為0 ;
(4) 運(yùn)行SATWE中結(jié)構(gòu)分析及構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算程序, 算出計(jì)算模型1、2 的頂部位移;
(5) 應(yīng)用公式(2) 即可求解出轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比。
通過上述方法計(jì)算得出的轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比宜接近1 , 非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2 , 抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于1. 3。
γex =Δ1 H2/Δ2/ H1 = 1. 12
γey =Δ1 H2/Δ2/ H1 = 1. 18
2. 5 局部抗震設(shè)計(jì)
局部框支剪力墻結(jié)構(gòu)的局部加強(qiáng)范圍, 對(duì)本工程來說,取框支部分所臨近兩個(gè)2～3 個(gè)開間所包圍的區(qū)域(見圖1中方框內(nèi)的部分) 。在進(jìn)行框支柱、梁內(nèi)力調(diào)整時(shí)可按此調(diào)整加強(qiáng)部位有關(guān)剪力墻、框支柱和梁的內(nèi)力。局部框支加強(qiáng)范圍以外,可按剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。兩者交接部分應(yīng)加強(qiáng)連接構(gòu)造, 如板邊設(shè)暗梁、梁板配筋加強(qiáng)等, 以保證水平剪力傳遞。
建筑專業(yè)為了立面處理的需要, 希望在建筑平面的角部開窗(見圖1 中圓形標(biāo)注內(nèi)的部分) , 墻體角部在地震作用下, 是較敏感的部位, 特別當(dāng)結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則時(shí), 由于平面的扭轉(zhuǎn), 引起內(nèi)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(chǎn)生連梁的超筋問題。因此,需要對(duì)此處的連梁采取構(gòu)造加強(qiáng)措施, 本工程主要采用了以下幾點(diǎn):
(1) 角部開窗的墻體為無翼緣墻體,《抗規(guī)》6. 4. 1 條規(guī)定墻體厚度,當(dāng)無端柱或翼墻時(shí)不宜小于層高或無支長(zhǎng)度的1／12 ,本住宅層高2. 9m～3. 0m,故角部房間墻段厚度取250mm;
(2) 由于角部墻體無翼緣, 延性較差, 應(yīng)在墻體端部設(shè)置暗柱,并適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)配筋。
(3) 為了增加墻體平面外的穩(wěn)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(nèi), 長(zhǎng)度≥35d。樓層加強(qiáng), 雙層雙向且均按受拉鋼筋錨固于墻內(nèi)和梁內(nèi),如圖3 所示。
圖3 角部平面圖
3 結(jié)語
局部框支剪力墻結(jié)構(gòu)雖然框支部分很少, 但對(duì)框支部分還應(yīng)該符合部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的, 同時(shí)又不完全符合。因此,為滿足使用功能和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求,同時(shí)使剪力墻的布置和用量較為合理, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)解決以下幾個(gè)問題:
平面設(shè)計(jì)時(shí)合理布置剪力墻的位置, 使建筑結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心盡量接近。
②對(duì)于框支柱上的剪力墻盡可能的減少,減薄,如果實(shí)在無法避免時(shí), 框支柱的計(jì)算配筋要充分考慮到平面外的荷載作用及內(nèi)力的相互影響。
③對(duì)工程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層一類的局部特殊結(jié)構(gòu)形式時(shí),應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算后對(duì)局部特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門的有效受力分析,如對(duì)轉(zhuǎn)換層上下層剛度比進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)算。
關(guān)鍵詞：高層建筑 剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前言
目前我國(guó)城市土地供應(yīng)緊張與住宅市場(chǎng)需求旺盛的矛盾日漸突出，城市轉(zhuǎn)而向高度要空間的趨勢(shì)越來越明顯，高層剪力墻結(jié)構(gòu)體系在住宅市場(chǎng)也隨之大量應(yīng)用。因而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響千家萬戶的生命財(cái)產(chǎn)安全，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，反復(fù)驗(yàn)算，使剪力墻結(jié)構(gòu)滿足使用的需要并且有優(yōu)良的抗震性能，并在以上前提下優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到合理的工程造價(jià)。
一、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)
剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為彎曲型。剪力墻結(jié)構(gòu)承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點(diǎn)是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置。在水平地震作用下，高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為整體彎曲變形，底部的小墻肢承由于豎向荷載較大，破壞嚴(yán)重，特別是一字形小墻肢的破壞最為嚴(yán)重。可增加建筑物周邊墻肢長(zhǎng)度或連梁高度來消除扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，從而使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度明顯增大。為了提高墻肢的承載力和延性，還需加強(qiáng)邊緣構(gòu)件配筋，增大這些部位墻肢縱筋和箍筋的配筋率，嚴(yán)格控制軸壓比。
二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化
1、在剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻宜沿主軸方向布置，形成空間結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免僅單向布置剪力墻，并宜使兩個(gè)受力方向的抗側(cè)剛度接近，以使其具有較好的空間工作性能。剪力墻的抗側(cè)剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結(jié)構(gòu)重量，增大剪力墻結(jié)構(gòu)的可利用空間，墻不宜布置太密，使其結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度。
2、剪力墻墻肢截面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，剪力墻的豎向剛度應(yīng)均勻，剪力墻的門窗洞口宜上下對(duì)齊、成列布置，形成明確的墻肢和連梁，應(yīng)力分布比較規(guī)則，又與當(dāng)前普遍應(yīng)用的計(jì)算簡(jiǎn)圖較為符合，設(shè)計(jì)結(jié)果安全可靠。宜避免使墻肢剛度相差懸殊的洞口設(shè)置，當(dāng)剪力墻的洞口布置出現(xiàn)錯(cuò)洞、疊合錯(cuò)洞時(shí)，墻內(nèi)配筋應(yīng)構(gòu)成框架形式。
3、較長(zhǎng)的剪力墻宜開設(shè)洞口，將其分成長(zhǎng)度較均勻的若干墻段，墻段之間宜采用弱連梁連接，每個(gè)獨(dú)立墻段的總高度與其截面高度之比不應(yīng)小于2，以避免剪力墻產(chǎn)生脆性的剪切破壞?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免在洞口與墻邊或在兩個(gè)洞口之間形成墻肢截面高度與厚度之比小于4的小墻肢。當(dāng)小墻肢截面的高度小于墻厚的4倍時(shí)，應(yīng)按框架柱設(shè)計(jì)，箍筋按框架柱加密區(qū)要求全高加密。
4、剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)剛度及承重力大，而平面外剛度及承載力都相對(duì)很小，應(yīng)控制剪力墻平面外的彎矩，保證剪力墻平面外的穩(wěn)定性。當(dāng)剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時(shí)，應(yīng)采取足夠的措施減少梁端部彎矩對(duì)墻的不利影響。
5、剪力墻布置對(duì)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度有很大影響，剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變；允許沿高度改變墻厚和混凝土強(qiáng)度等級(jí)，或減少部分墻肢，使側(cè)向高度沿高度逐漸減小。剪力墻沿高度不連續(xù)，將造成結(jié)構(gòu)沿高度剛度突變，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。
6、在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過結(jié)構(gòu)分析，在滿足最大層間位移、周期比、位移比的各項(xiàng)指標(biāo)確定每層剪力墻的厚度時(shí)，同時(shí)考慮不同抗震等級(jí)軸壓比的影響及穩(wěn)定性和相關(guān)構(gòu)造要求。對(duì)于普通的住宅建筑在7度和8度地區(qū)，墻厚大多數(shù)情況下是按穩(wěn)定和構(gòu)造要求所控制的。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.2條和8.2.2條確定的剪力墻允許高厚比見表1。
注：H為層高或剪力墻無支長(zhǎng)度的較小值
三、 剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的優(yōu)化
在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理，如剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度不宜過大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標(biāo)。
1、樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則。在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，以大開間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近（不小于）規(guī)范限值。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入，同時(shí)降低工程造價(jià)。
2、剪力墻水平分布筋在邊緣構(gòu)件中的錨固。邊緣構(gòu)件本身是剪力墻的一部分，不能套用一般的梁與柱連接的做法，因?yàn)樗c剪力墻墻身之間的連接是相同構(gòu)件之間的連接。剪力墻的水平布筋是按整片墻肢的配置來抵抗水平地震作用產(chǎn)生的剪力的，用剪力墻邊緣構(gòu)件中的箍筋來改善混凝土的受壓性能，約束混凝士，使剪力墻在地震作用下具有較好的耗能和延性能力。可以將水平分布筋延伸至墻肢端部，并垂直彎折15d。
3、連梁的配筋。剪力墻的連梁是耗能構(gòu)件，它的剪切破壞對(duì)抗震不利，會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低。設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算，保證連梁的剪切破壞后于彎曲破壞。切忌人為加大連梁的縱筋，如此，可能無法滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求。不能認(rèn)為加大箍筋就能保證“強(qiáng)剪弱彎”。當(dāng)連梁不滿足截面控制條件時(shí)，如果盲目增加箍筋，會(huì)導(dǎo)致連梁發(fā)生剪切破壞先于箍筋充分發(fā)揮作用。連梁截面的抗剪計(jì)算，對(duì)于跨高比大于2.5的連梁，其剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)ηvb：一級(jí)取1.3，二級(jí)取1.2，三級(jí)取1.1。剪力墻連梁的截面尚應(yīng)滿足以下要求：
跨高比大于2.5時(shí):v≤(0.2βcfcbbhbc)/rRE
跨高比不大于2.5時(shí)：v≤(0.15βcfcbbhbc)/rRE
式中：v為梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值：βc一混凝士強(qiáng)度影響系數(shù)，《高規(guī)》(JGJ3—2010)第6.2.6條的規(guī)定采用。
4、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比（周期比）的調(diào)整原則。震害表明，平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心、抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在震中破壞嚴(yán)重。在設(shè)計(jì)時(shí)，要保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱：首先要限制結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的計(jì)算應(yīng)考慮偶然偏心的影響；其次是限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱，具體表現(xiàn)在Tt /T1指標(biāo)上。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)將結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件盡可能沿周邊布置，以提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和抗扭剛度。若在結(jié)構(gòu)的形心附近加大豎向構(gòu)件剛度，則只是對(duì)側(cè)向剛度的貢獻(xiàn)大，對(duì)抗扭剛度來說，貢獻(xiàn)甚微。
5、計(jì)算結(jié)果的分析、判斷
應(yīng)采用至少兩個(gè)不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)不規(guī)則和復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體內(nèi)力和位移分析，確定其可靠、合理之后，才可在工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用。分析時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：非耦聯(lián)計(jì)算地震作用時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)自振周期一般在(0．04～O．08)n范圍內(nèi)(其中n為結(jié)構(gòu)計(jì)算總層數(shù))；振型曲線光滑連續(xù)，零點(diǎn)位置符合一般規(guī)律；耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，扭轉(zhuǎn)為主的周期應(yīng)不大于平動(dòng)為主的周期的0.9或0.85倍。結(jié)構(gòu)布置較正常的剪力墻結(jié)構(gòu)，底部總剪力值應(yīng)大致在v0=aG的范圍內(nèi)(其中a為合適范圍系數(shù)，G為結(jié)構(gòu)總重)。對(duì)于8度設(shè)防抗震區(qū)的剪力墻結(jié)構(gòu)，合適范圍系數(shù)一般為：Ⅱ類土a：(4～8)％；Ⅲ類土a=(6～9)％。對(duì)稱結(jié)構(gòu)在對(duì)稱外力作用下，其對(duì)稱點(diǎn)的內(nèi)力與位移也應(yīng)是對(duì)稱的。豎向剛度、質(zhì)量變化較均勻的結(jié)構(gòu)，在較均勻外力作用下，其內(nèi)力及位移等計(jì)算結(jié)果自上而下不應(yīng)有大的突變。
四 結(jié)束語
總之，高層住宅結(jié)構(gòu)如何把握好合理性與經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，合理把握關(guān)鍵部位和次要構(gòu)件，使計(jì)算結(jié)果能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的受力特性。確保建筑物整體的安全性和經(jīng)濟(jì)性，這是設(shè)計(jì)者在工作中需要不斷改進(jìn)和提高的地方。
參考文獻(xiàn)
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1.建筑方案設(shè)計(jì)階段
1.1平面體型的規(guī)則性和均勻性對(duì)含鋼量的影響
平面體型的規(guī)則性和均勻性對(duì)含鋼量的影響很大，建筑平面布置外凸與內(nèi)收程度，以及由此形成的建筑物平面剛度和其是否突變等，均對(duì)XY軸雙向的動(dòng)力特性會(huì)產(chǎn)生較大影響；兩個(gè)方向的剛度差異也會(huì)導(dǎo)致不均勻性，從而直接影響整體剛度和配筋，這也是為何平面布置較怪（如風(fēng)車型、工字型、U字型）的高層住宅比規(guī)整的高層住宅造價(jià)高的原因之一。
1.2豎向高寬比對(duì)含鋼量的影響
豎向高寬比對(duì)含鋼量的影響與上一條不相上下，對(duì)高寬比大的高層住宅而言，為保證整體穩(wěn)定性必然要增強(qiáng)其側(cè)向剛度，亦即為滿足建筑物抗震、抗風(fēng)和舒適度的需求，就要保證結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，也就是要相應(yīng)提高抗側(cè)力構(gòu)件的含鋼量。
1.3總高度的變化對(duì)含鋼量的影響
由于設(shè)計(jì)的高層建筑多為A級(jí)，且大部分的結(jié)構(gòu)布置形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，以7度設(shè)防地區(qū)為例，按照規(guī)范80米限值，小于80米的抗震等級(jí)為三級(jí)，大于80米的抗震等級(jí)就提高一個(gè)級(jí)別為二級(jí)，含鋼量隨之便有一個(gè)明顯的上升變化。
1.4轉(zhuǎn)換層對(duì)含鋼量的影響
一般情況下轉(zhuǎn)換層配筋量相當(dāng)于2～3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層的配筋量，而且由于轉(zhuǎn)換層造成豎向抗力構(gòu)件不連續(xù)，轉(zhuǎn)換柱或墻體的配筋也較大，故應(yīng)以盡量避免或減少轉(zhuǎn)換為基本設(shè)計(jì)理念。
1.5層高的控制對(duì)含鋼量的影響
設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明層高的控制對(duì)含鋼量控制也有較大意義，有數(shù)據(jù)顯示，層高每增加10厘米，含鋼量增加約1.0KG/M2。
1.6抗側(cè)力構(gòu)件的布置對(duì)含鋼量的影響
抗側(cè)力構(gòu)件的布置對(duì)含鋼量的影響亦不容忽視，構(gòu)件布置合理容易使剛度中心和質(zhì)量中心接近，從而充分發(fā)揮抗側(cè)力構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)剛度，能夠保證扭轉(zhuǎn)位移比在規(guī)定限制內(nèi)，可以避免抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量過多和位置不合理造成的多筋超筋現(xiàn)象。
1.7建筑立面造型及細(xì)部處理對(duì)含鋼量的影響
建筑立面豐富，細(xì)部構(gòu)造復(fù)雜對(duì)含鋼量控制也有一定的影響，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)建筑風(fēng)格為托斯卡納風(fēng)格的建筑立面，以及帶有轉(zhuǎn)角窗、凸窗、飄窗等細(xì)部構(gòu)造節(jié)點(diǎn)大樣并采用鋼筋混凝土形式時(shí)，含鋼量能增加0.5～1.0 KG/M2。
2.結(jié)構(gòu)計(jì)算——應(yīng)選取適用的荷載
當(dāng)建筑物高度增加時(shí)，水平荷載（風(fēng)荷載及地震作用）對(duì)結(jié)構(gòu)起的作用越來越大，除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增加的更快，彎矩和位移與高度成指數(shù)曲線上升關(guān)系。一般而言多層和高層建筑結(jié)構(gòu)都要抵抗豎向和水平荷載作用，但是在高層建筑中，其結(jié)構(gòu)要更多的抵抗水平力，抗側(cè)力成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題；在地震區(qū)，地震作用對(duì)高層建筑的威脅也比多層建筑要大。因而在結(jié)構(gòu)計(jì)算中荷載輸入值的選用是否正確，關(guān)系到整個(gè)工程項(xiàng)目的含鋼量是否正常，亦應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。例如填充墻開窗門洞處，應(yīng)盡量精確選取線恒載，不得隨意加大。之前，在方案選擇時(shí)應(yīng)建議建筑專業(yè)盡量采用輕質(zhì)材料，減輕結(jié)構(gòu)自重。高層建筑室內(nèi)填充墻宜采用各類輕質(zhì)隔墻。，在高層住宅建筑中采用輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系，主要的土建結(jié)構(gòu)造價(jià)（包括樓板、外墻、內(nèi)墻、梁、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系等）比傳統(tǒng)磚石混凝土體系的土建結(jié)構(gòu)造價(jià)可降低 10%左右，而 GRC（玻璃纖維增強(qiáng)水泥的簡(jiǎn)稱）輕質(zhì)墻板容重僅相當(dāng)于同厚度粘土磚砌體密度的 1/3，大大減少了結(jié)構(gòu)荷載，降低了整個(gè)建筑的梁、柱及基礎(chǔ)的截面積和含鋼量。
3.結(jié)構(gòu)布置——優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)減少剪力墻數(shù)量
在高層建筑結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)注意適當(dāng)減少剪力墻的布置數(shù)量。而對(duì)于剪力墻暗柱箍筋形式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免重疊，因重疊部分不計(jì)入體積配箍率。當(dāng)約束邊緣構(gòu)件小箍筋采用封閉箍，構(gòu)造邊緣構(gòu)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?？v向鋼筋可選兩種直徑，“角部”放置較大直徑鋼筋。例如連體方案建筑由于連接部位采用大開間剪力墻布置，減少了剪力墻的數(shù)量，在滿足規(guī)范限定指標(biāo)的情況下，可減少含鋼量。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明加大剪力墻布置間距，減少剪力墻數(shù)量，是減少含鋼量的有效措施。當(dāng)然也要注意由于連體方案平面長(zhǎng)寬比較大，只有在低烈度地區(qū)才有減少含鋼量的優(yōu)勢(shì)，是建筑物體型中平面長(zhǎng)寬比影響因素的特例。實(shí)踐中應(yīng)在規(guī)范允許的范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)減少剪力墻數(shù)量，加大框架梁跨度；與建筑專業(yè)協(xié)商，開間布置避免錯(cuò)位，減少由于框架梁錯(cuò)位而增加的豎向構(gòu)件，一旦結(jié)構(gòu)布置經(jīng)過優(yōu)化，鋼筋單方含量和混凝土含量即會(huì)相應(yīng)減少。高層建筑地下室底板建議采用帶柱帽的普通鋼筋混凝土無梁樓蓋，地下室其余各層、地下室頂板、裙樓和住宅塔樓的樓蓋建議采用普通鋼筋混凝土梁板樓蓋。對(duì)于細(xì)部構(gòu)件布置，當(dāng)兩軸尺寸接近時(shí)，采用雙向板布置；當(dāng)兩軸尺寸差別較大時(shí)，采用單向板布置。
4.水平構(gòu)件——應(yīng)該路徑簡(jiǎn)潔、形式合理
水平構(gòu)件的布置應(yīng)使傳遞荷載路徑簡(jiǎn)潔，以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到結(jié)構(gòu)主體上，再由結(jié)構(gòu)主體的框架柱、剪力墻等豎向構(gòu)件傳遞到基礎(chǔ)和地基。如果采用的平面構(gòu)件布置荷載需要經(jīng)過多級(jí)次梁再傳遞到框架梁，就使得荷載傳遞路線曲折不明確，造成構(gòu)件受力復(fù)雜，一定會(huì)增加工程造價(jià)并影響含鋼量的控制。同樣，構(gòu)件形式的選擇也是這個(gè)道理，以地下室梁板式底板與平板式底板的比較為例，帶樁基礎(chǔ)的地下室底板，采用梁板結(jié)構(gòu)要比采用平板式結(jié)構(gòu)可節(jié)省用鋼量，但如果柱網(wǎng)中添加了次梁，則不僅使施工更為復(fù)雜，而且還會(huì)增加用鋼量，這一點(diǎn)已在大量工程中得到驗(yàn)證。
5.結(jié)構(gòu)材料——宜采用高強(qiáng)度鋼筋
一般的辦公、住宅建筑，荷載不太大，但因?yàn)橐獫M足電線埋設(shè)等要求，板厚不宜小于100mm；而普遍的結(jié)構(gòu)布置原則，板的跨度不宜太小，應(yīng)使板的配筋由內(nèi)力控制而不是按構(gòu)造配置。為此，樓板配筋應(yīng)盡量采用 HRB335 或 HRB400 才能實(shí)現(xiàn)上述目的，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明采用高強(qiáng)度鋼筋可以節(jié)省用鋼量，而混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)減小配筋的作用很小，不管樓板是構(gòu)造配筋還是計(jì)算配筋，采用 HRB400 鋼筋可有效降低含鋼量。樓板結(jié)構(gòu)混凝土及鋼筋用量一般與建筑層數(shù)無關(guān)，若采用新型樓蓋體系和高強(qiáng)鋼筋可以更有效地減少含鋼量。采用高強(qiáng)度鋼筋，簡(jiǎn)支邊支座鋼筋的數(shù)量沒有減少。由于住宅板跨度較小，采用高強(qiáng)度鋼筋后，板底配筋大部分仍為構(gòu)造配筋，因此，節(jié)省鋼筋的數(shù)量比理論計(jì)算數(shù)值減少。板垮越大，節(jié)省的鋼筋越多。
6.結(jié)構(gòu)施工圖——不可忽視的微調(diào)
當(dāng)最后進(jìn)入結(jié)構(gòu)施工圖階段，除了細(xì)化初步設(shè)計(jì)的成果外，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步微調(diào)，柱、剪力墻、梁、板和節(jié)點(diǎn)的配筋需進(jìn)一步斟酌，結(jié)構(gòu)的薄弱部位不要超過計(jì)算書的10%，一般為不小于5%。此外關(guān)注點(diǎn)也還要放在豎向構(gòu)件的含鋼量控制上（其含鋼量約占40%～50%左右），如果僅需要構(gòu)造配筋，水平筋可考慮用直徑8mm，豎向筋可考慮用直徑8mm、10mm間隔布置。
嚴(yán)控墻、板和梁配筋，剪力墻和板配筋符合構(gòu)造要求的，按規(guī)范最小配筋率進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果加強(qiáng)區(qū)為200mm或250mm厚的墻水平筋Φ10@150可改為Φ10@200；對(duì)非加強(qiáng)區(qū)200mm厚的墻水平筋 Φ8@150可改為Φ8@200；若豎向筋Φ10@200 亦可改為Φ10/8@200。梁配筋將30層分9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行設(shè)計(jì)。
對(duì)于剪力墻體系和短肢剪力墻體系的含鋼量控制，如果層數(shù)在20～30層的住宅，最好采用傳統(tǒng)的全現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)體系。否則若采用短肢剪力墻，體系就會(huì)變得較柔，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和層間位移就不一定能滿足規(guī)范要求，且“高規(guī)”對(duì)短肢剪力墻的配筋有了更嚴(yán)格的控制，因而含鋼量將會(huì)進(jìn)一步加大。
7.結(jié)語
關(guān)鍵詞：高層住宅建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
Abstract: with the domestic land price and the rising material prices constantly, high-rise buildings become a residential development tendency, especially in recent years high-rise residential buildings almost become the mainstream of the domestic residential area construction form, so the design of high-rise residential buildings are very important, and through the optimization design more can effectively reduce costs. This article mainly high-rise residential buildings the problem of the optimization of the structure design is discussed, the hope can provide some references to related unit.
Keywords: high-rise residential buildings; Structure; design
中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
引言
自從改革開放以來，中國(guó)的建筑行業(yè)經(jīng)歷了一次次質(zhì)的飛躍，尤其是在上個(gè)世紀(jì)九十年代至今，中國(guó)的房地產(chǎn)業(yè)異軍突起，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)的發(fā)展奇跡。而隨著近年來城市美化運(yùn)動(dòng)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(qū)，高層住宅層出不窮，有數(shù)據(jù)表明，2001年全國(guó)城鎮(zhèn)小區(qū)建設(shè)中高層住宅數(shù)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(qū)中，高層建筑的比例已經(jīng)提升至22%，不但中大型城市普遍采用高層住宅設(shè)計(jì)，小型城市也在不斷向這個(gè)方向發(fā)展。這固然有人口不斷向城鎮(zhèn)集中的原因，也有土地價(jià)格不斷上漲的原因，所以高層建筑必將不斷增多且有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，基于這樣的形勢(shì)，高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的地位變得越來越重要，而在常見的高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了盡可能的讓建筑使用更合理，成本更低，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化也是非常必要的。下面本文就以某高層住宅為例對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)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(shè)計(jì)層數(shù)為二十七層，其中地下一層，地上為二十六層，頂部設(shè)有出屋面電梯機(jī)房及水箱間，建筑面積29276.46m2，采用了純剪力墻結(jié)構(gòu)，單元間設(shè)一道變形縫，抗震設(shè)防烈度七度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑物場(chǎng)地土類別為Ⅲ類，基本風(fēng)壓為0.40 kN/m2。變形縫左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)層剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置，其中地下室到第五層剪力墻厚度為：外墻250，內(nèi)墻200；從第六層到屋頂剪力墻厚度為：外墻200，內(nèi)墻160；電梯間剪力墻厚均為160?；A(chǔ)型式為筏板基礎(chǔ)，CFG樁復(fù)合地基。采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的計(jì)算。
2優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化
在純剪力墻中，剪力墻作為抗側(cè)力單元，同時(shí)承擔(dān)豎向荷載和地震作用。本工程通過抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置，在地震作用下，使結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)目標(biāo)參數(shù)均符合規(guī)范要求，并在此前提下，不斷優(yōu)化，盡量減少剪力墻的數(shù)量和厚度，使結(jié)構(gòu)兩方向剛度基本接近，兩個(gè)方向水平位移均接近規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)布置更加經(jīng)濟(jì)合理。并在本地區(qū)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(fā)揮；從地震作用來看，減小了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，從而減小結(jié)構(gòu)的地震作用；并因此減輕了建筑的自重，也相應(yīng)減少了基礎(chǔ)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(guī)規(guī)定剪力墻結(jié)構(gòu)樓層最大值層間位移角限值:1/1000。
2.2基礎(chǔ)及地基處理的優(yōu)化
高層建筑基礎(chǔ)的合理選型與設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要和非常關(guān)鍵的部分?；A(chǔ)的工程造價(jià)在高層建筑整個(gè)工程造價(jià)中所占的比例較高，尤其在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下更是如此。所以選用合理的基礎(chǔ)形式或地基處理方式，對(duì)降低工程造價(jià)起著至關(guān)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(shè)計(jì)要求，根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告，可采取鉆孔灌注樁或CFG樁復(fù)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(hù)壁鉆孔灌注樁，樁徑φ800，樁長(zhǎng)18米，樁數(shù)174根?；炷劣昧?574m3，鋼筋用量45t。方案二：采用長(zhǎng)螺旋鉆孔泵壓CFG樁復(fù)合地基，樁徑φ400，樁長(zhǎng)15米，樁數(shù)523根?；炷劣昧?85m3。初步估算，方案一造價(jià)為313.2萬元，方案二造價(jià)為34.5萬元，僅為方案一的11%。
2.3材料的優(yōu)化
（1）采用高強(qiáng)度鋼筋
基礎(chǔ)和梁采用HRB400級(jí)鋼筋，HRB400級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與HRB335級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比為360/300=1.2;目前其綜合價(jià)格比為1.05，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，用強(qiáng)度高的HRB400級(jí)鋼筋取代強(qiáng)度低的HRB335級(jí)鋼筋可節(jié)約鋼材約14%，這是降低鋼筋用量最直接的措施。
（2）采用輕質(zhì)隔墻
內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系，與輕質(zhì)砌塊隔墻相比，輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系具有自重輕、干法作業(yè)，安裝效率高，易于拆改、施工快捷，縮短工期的優(yōu)點(diǎn)，近年來在高層住宅建筑中得以廣泛應(yīng)用。以99mm厚的輕質(zhì)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(jié)省建筑承重結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)費(fèi)用，降低土建結(jié)構(gòu)造價(jià)。
結(jié)束語
近年來，隨著國(guó)家對(duì)土地的控制越來越嚴(yán)格，以及各種成本的增加，高層建筑開始應(yīng)用于住宅，而且在很大程度上會(huì)成為將來主流的住宅形式。建筑行業(yè)的投資往往比較大，企業(yè)要想生存發(fā)展，就必須要做好相應(yīng)的成本控制工作，而在目前的高層住宅建筑中，設(shè)計(jì)工作雖然開展的不錯(cuò)，但是還是有很多可以優(yōu)化的地方，只要在滿足相關(guān)的規(guī)范條件下，優(yōu)化之后的高層住宅建筑往往可以取得較好的經(jīng)濟(jì)成果。在本文所列舉的工程中，通過以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在符合現(xiàn)行國(guó)家規(guī)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(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并達(dá)到了較佳的設(shè)計(jì)效果。
參考文獻(xiàn)：
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