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高层住宅结构设计范文1
关键词：高层住宅剪力墙转换层结构调整构件设计
中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
某高层住宅楼，采用框支剪力墙结构，总建筑面积为202210㎡，其中， 高层住宅地上28层，一层为架空门厅，层高7m，二层以上标准层，层高3.15m。建筑总高度84m，有两层人防地下室，总建筑面积：1210.9㎡，基础采用人工挖孔灌注桩，持力层为中、微风化花岗岩，建筑类别为一类，抗震设防烈度为7度。
2 抗震等级的确定
本工程转换层以下为框架—剪力墙结构，转换层以上为纯剪力墙结构，是多层结构高层建筑，从而不能以单纯的框架结构或者剪力墙结构形式来确定抗震等级，而应该严格按照现行规范的不同章节，分别针对性地确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属“框支剪力墙”结构，地上高度84m，转换层设在三层楼面(属高位转换)，其框支框架抗震等级为一级，加强部位剪力墙抗震等级为一级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。
3 上部与下部结构的调整
建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变，然而带转换层的结构显然有悖于此,因此《高规》对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来就是要强化下部，弱化上部，尽量避免出现薄弱层。可采用以下几点方法进行调整：
（1）应与建筑工程师协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。这是增大底部刚度最有效的方法。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还通过与建筑专业协商，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片L型剪力墙也落地。这些措施大大增强了底部刚度。
（2）底部剪力墙厚度应加大，而减小上部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙厚度取为300~500mm,上部厚度取为200mm。
（3）底部剪力墙应不开洞，以造成刚度削弱太多。
（4）采用C55混凝土，以提高墙混凝土强度等级。
4 结构布置
本工程转换层下部为框架-剪力墙结构，体形复杂，不规则；转换层上部为纯剪力墙结构，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置经过多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余部位剪力墙布置分散、均匀，且尽量沿周边布置，以增强整体抗扭效果。通过有关的计算结果，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为0.81，各楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值的比值不大于1.4，均满足平面布置及控制扭转的要求。
5 结构整体计算与分析
本工程主要运用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》SATWE进行分析计算。计算结果见表1。
表1：住宅楼(23层)前五个结构计算周期
X方向的地震作用最小剪力系数为1.77%，Y方向的地震作用最小剪力系数为1.91%。最大层间位移见表2：
表2：住宅楼(23层)最大层间位移
转换层位于三层，转换层上下刚度比为：X方向:0.9839，Y方向:1.1982
结论：2栋1座楼周期、位移均正常。
6 结构构件设计
6.1框支柱设计
框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。
（1）该工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全长加密，且配箍率不得小于1.5%。
（2）在工程中，个别框支柱还兼作剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率(C55混凝土)即为1.82%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配，底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加，因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。
（3）为了加强转换层上下连接，框支柱其上部有墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；其余在墙体范围外的纵筋则水平锚入转换层梁板内，满足锚固要求。抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。
6.2框支梁设计
框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其墙上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。
（1）本工程框支梁宽度为500~1000mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备。
（2）一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因此应配置足够数量的腰筋，腰筋采用φ18，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内。框支梁受剪力很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强，譬如某根700宽框支梁箍筋采用φ16@100六肢箍全长加密，配箍率达到1.18%。
6.3楼板设计
框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。
（1）在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；
（2）在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。
（3）由于转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务，且转换层楼板自身必须有足够的刚度保证，故转换层楼板采用C40混凝土，厚度200MM，￠12@150钢筋双层双向整板拉通，配筋率达到0.41%。
（4）为了协助转换层楼板完成剪力重分配，将该层以上及以下各一层楼板也适当加强，均取厚度150MM。
7 结束语
总之，带转换层高层建筑结构设计不仅要尽可能地满足建筑的使用功能的要求，而且要使结构体系更加合理化，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，不断地提升住宅建筑结构的设计水平，从而满足建筑结构合理的使用要求。
参考文献
[1]李中军，徐茂江，李龙.预应力混凝土转换层结构设计[J].建筑结构学报，2008.
高层住宅结构设计范文2
关键词：高层住宅；转换层；结构设计
随着社会经济的发展，越建越多高层建筑进入到我们到的生活。然而很多高层建筑使用功能不是单一的，建筑上部跟下部之间要满足不同功能要求，例如有些建筑下部楼层用作商场、餐馆和文化娱乐设施，上部楼层作为住宅。我们知道商业服务设施往往要求开放的大空间，而住宅这部分需满足居住功能，不需要像商业那样的大开间以及不允许柱角外凸等要求。因此为了满足上下层建筑使用功能，结构上必须设置转换层（transfer story），以协调上下部楼层之间结构上的“转变”。转换层的设置属于“非规设计”，从荷载传递、抗震等方面来看都不是很有利的，所以在《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010（简称《高规》）中归入了复杂高层建筑范畴，可以说转换层的处理是带转换层高层住宅结构设计中的关键部分，对设计技术要求较高，所以本文对这部分内容进行了分析和探讨。
1 转换层的结构类型与选择
1.1 转换层的主要结构类型
从结构体系角度区分，带转换层高层住宅可分为“上剪下框”和“上小下大”两种类型。“上剪下框”是指转换层以上结构为剪力墙结构，转换层以下为框架筒体结构或框架剪力墙结构；“上小下大”是指转换层以上为小柱网的框架结构或筒体结构、剪力墙结构，转换层以下为大柱网的框架结构或筒体结构、剪力墙结构。按照结构形式，也可分为两种类型：一种是梁式转换，如梁式结构、桁架结构、空腹桁架结构、箱型结构、斜撑结构等；另一种是板式转换，主要由现浇整体厚平板组成。随着社会的发展，转换层结构形式近几年还出现了塔接柱转换结构、宽扁梁转换结构、斜撑转换结构等形式[1]，使转换层结构设计有更多的选择。
1.2 转换层结构类型的选择
梁式转换结构在带转换层高层住宅结构设计中应用比价广泛。因为梁式结构传力直接明确、计算分析较方便、造价较节省等优点成为设计人员的首选。但是转换梁比较高，而且《高规》10.2.8-6规定“转换梁不宜开洞”，深梁式转换有时不利于设备层使用。如果深梁不能满足使用要求的情况下可选用宽扁梁转换形式，宽扁梁转换形式有利于降低结构高度可以方便设备安装。但造价相对于深梁转换要高。随着宽扁梁设计理论和实践的成熟，扁梁转换可作为梁式结构的又一转换形式。斜撑转换结构结构受力比较好，而且采用型钢混凝土施工方便快捷，可以使转换结构受力更加合理，结构更加经济，但是有时受使用空间的制约，在满足使用功能的情况下斜撑转换是一种不错选择。板式转换高度小但结构厚重、材料利用率低，而且受力复杂、计算困难、配筋不便，所有应用比较少。箱形转换层是解决转换梁较大扭矩的结构形式，但造价也比较高所以在建筑工程中应用也不常见，桁架结构采用预应力结构是一个不错的选择，但是由于设计经验少，有时需要通过试验研究才能确定参数，这在一定程度上限制了它的应用。
2 转换层结构设计中的一些问题讨论
2.1 转换梁上偏心剪力墙的处置问题
在结构设计中，经常出现上部剪力墙轴线与转换梁轴线不对齐的情况，此时在转换梁中将形成比较大的扭矩。应用三维实体有限元计算分析，偏置剪力墙形成的扭矩在转换梁中形成很大的应力，其数值远大于平面内的主应力，这种情况容易造成深梁受压区失稳，因此要采取措施解决偏心扭矩对转换梁所造成的不利影响。解决转换梁较大的扭矩的方法[2] 有几种：（1）设置箱形转换层，即利用转换层上下楼板来共同抵抗偏心扭矩；（2）加大转换梁截面，并增加抗扭钢筋抵抗偏心扭矩；（3）在剪力墙端部增加楼面梁；（4）在高位转换结构中，不增加梁截面和混凝土用量，而加大梁高、减小梁宽，以此提高层间抗侧移刚度，减轻转换层上、下部分刚度突变，而由楼面梁解决稳定问题。在这4种方法中比较加设楼面梁的方法最为经济，设置箱形转换层经济性最差，加大转换梁截面也不经济，并且该方法无法克服梁扭转带给上部剪力墙的形变和内力问题。设置楼面梁的方法，如图1所示。
2.2 竖向荷载引起框支梁上部剪力墙超筋问题
有这样一个案例[3]，转换层框支梁上部一层的剪力墙超筋现象非常严重，一些剪力墙墙肢剪力达到几千kN，弯矩超过1万kN・m，经查转换层相邻结构的等效刚度比在《高规》附录E.0.2规定的范围内，说明超筋问题并非由水平地震剪力引起。后经过多方分析，超筋由竖向载荷引起。因为剪力墙刚度较大，转换层上面一层墙体竖向变形较小，与之相比框支梁刚度较小，会引起较大的变形，如此一来梁、墙之间变形的不协调，会在转换层以上楼层内形成内力的突变。根据这样的分析结果，可以采取以下措施：（1）增加转换梁的刚度，可以通过增加梁高减小宽度的做法来提高梁的抗弯刚度；（2）布置转换层上下结构时，避免相邻两片墙体分别落在墙柱硬支座和转换梁软支座上，若无法避免则增加两片墙体之间的距离；（3）增加剪力墙厚度，同时减少配筋率，适当降低墙的刚度；（4）在剪力墙中部开洞，以协调框支梁的的刚度。采取以上措施，再经有限元计算，超筋现象大为改善。
2.3 转换层下框支柱截面与配筋控制问题
《高规》表6.4.2列出框支剪力墙结构柱轴压比限值，抗震等级一、二级时分别为0.60和0.70。限制轴压比的主要目的是为了控制框支柱的延性并满足抗震要求。再据《高规》第6.4.3条框支柱纵向受力钢筋的最小配筋率，对于抗震一级为1.1%，二级为0.9%；对Ⅳ类场地较高的高层建筑，还要在此基础上再增加0.1%。为了满足轴压比限值要求，同时又要经济，有些设计人员采取减小框支梁截面尺寸同时加大框支柱截面尺寸的做法，这样会产生一种效果，框支柱“包着”转换层上部的剪力墙，但因为框支柱的起算高度从转换层楼面到基础顶面（个别框支柱高度达20～30m），而全截面又要满足配筋率要求，那么通过框支梁节省下来的材料用量就不足以抵消加大框支柱所增加的材料用量，而且这种做法对改善侧移刚度贡献不大[2]，所以这实在是一种得不偿失的做法。
2.4特定条件下框支剪力墙结构抗震设计问题
《高规》10.2.25条规定“部分框支剪力墙结构中，抗震设计的矩形平面建筑框支转换层楼板，当平面较长或不规则以及各剪力墙内力相差较大时，可采用简化方法验算楼板平面内受弯承载力”。“平面较长”未限定具体的量值，在处理上难免遇到一些困难。首先应根据经验去确定，缺乏可靠的设计经验时，可以将平面长宽比大于等于3作为“平面较长”的界限[4]。长矩形平面建筑的剪力间距，本条文未予说明，可按照《高规》8.1.8条表8.1.8进行选取。框支层楼板平面内受弯承载力的验算，规定可以采用简化方法，但没有规定具体采用那种简化方法，故应结合工程实际情况进行简化计算，或采用几种简化方法计算后进行比较。采用连续梁法简化验算时，可将框支层楼板简化为图2～3所示情况，框支层楼板支撑在落地剪力墙上（支座），不落地剪力墙底部剪力作为集中荷载，或可按照《高规》10.2.24条中公式进行计算。如果落地剪力墙抗侧刚度较大，还应检查落地剪力墙支撑是否有效，必要时需作出适当调整。
3 带转换层高层住宅结构设计应用
3.1 工程概况
该项目为茂名市和兴苑高层多功能住宅楼。建筑1～3层为商业用途，层高5.5m；4～25层全部为住宅，层高皆为3.0m；总高度为79.5m。设防烈度为7度，场地为Ⅲ类，基本风压为0.65kN/m2。结构抗震等级方面，框支柱、框支框架、底部加强区剪力墙均取一级，非底部加强区剪力墙取二级。
3.2 结构方案
该工程平面形状较为规则，其中高宽比为5.1，长宽比为1.4，转换层设在3～4层之间，转换层以上楼层既无外挑，也无收进，结构平面与竖向布置均符合《高规》要求。转换层方案采用成熟可靠的梁式转换。构件尺寸及材料如表1所示，转换层与标准层平面结构布置如图4～5所示。
3.3 设计计算
本项目设计采用SATWE和Midas Building两款三维空间分析软件进行计算。其中周期比（）：SATWE为0.79，Midas为0.82。最大层间位移角：SATWE为1/1.2402（向）、1/1.5919（向）；Midas为1/1.2400（向）、1/1.6011（向）。最大层间位移比：SATWE为1.22（向）、1.19（向）；Midas为1.19（向）、1.05（向）。这几项数据均满足《高规》要求。楼层结构抗剪承载力及抗侧刚度比，是判断结构是否在承受水平方向作用产生侧向变形以致破坏的重要指标。最小楼层抗剪承载力之比：SATWE为0.99（向）、0.95（向）；Midas为0.97（向）、0.97（向）。转换层上下等效侧向刚度比：SATWE为1.2402（向）、1.5919（向）；Midas为1.2400（向）、1.6011（向）。这两项指标也满足《高规》要求。因此，通过两款软件的对比，最大层间位移角、最大层间位移比、结构抗剪承载力及抗侧刚度比等各项计算指标能满足要求，可以对该结构进行转换。
4 结语
为了满足建筑上下层各种功能需求，高层建筑带转换层结构的应用越来越普遍。转换结构合理性决定了整幢建筑的安全性和经济性，因此我们应在符合规范的基础上正确合理设计转换层，能使我们的建筑结构更加安全、更加美观、更加实用和经济。
参考文献：
[1] 傅学怡. 实用高层建筑结构设计[M]. 2版. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 黄凯，屠传慧. 转换层设计中几个重要及常见的问题[J]. 工程建设，2012，44（6）：20-22，43.
高层住宅结构设计范文3
关键词：小高层住宅；结构设计；初探
中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：
随着我国经济的发展，人民生活水平进一步提高，用户对住宅的功能提出更高的要求，人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性，能够适应多功能变换的需求。因此，设计单位在拿到开发单位的设计意图后，应本着经济美观，安全适用的原则多为社会设计出更好的产品。
1 小高层钢筋混凝土结构的住宅的基本结构形式
1.1 框架结构
框架结构的特点是开间大、灵活性好、抗震性能较好，造价较低，但由于柱截面大于隔墙厚度而造成柱角外凸，影响家具的布置和美观，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。
1.2 框架一剪力墙结构
在框架结构中布置一定数量的剪力墙就组成了框架一剪力墙结构。它是小高层住宅中应用比较广泛的一种主体结构型式。其特点是平面灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。
1.3 大开间剪力墙结构
随着时代的发展和人们生活水平的提高，原来建造的小开间剪力墙体系住宅在建筑功能上的局限性变得日益明显。从强度方面看，小开间结构中墙体的作用不能得到充分的发挥，并且过多的剪力墙布置还会导致较大的地震力，增加工程费用，另外，由于结构自重较大，也增加了基础的投资，因此，大开间剪力墙应运而生。承重墙的开间达到4.5m～7.5m，进深达到7.5m～1lm，室内一般无承重的横墙和纵墙，可以按照住户的不同要求灵活分隔，随着家庭的变化还可重新布置。
1.4 短肢剪力墙结构
短肢剪力墙（墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙）介乎于异形框架柱和一般剪力墙之间，由于这种结构体系在建筑功能、结构形式、投资效益、节能指标等多方面效果良好，己成小高层住宅的主要结构形式。
2 小高层住宅钢筋混凝土结构设计的要点
2.1 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素
在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在小高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2.2 轴向变形不容忽视
对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的小高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
2.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标
与低层住宅不同，结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计小高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为:①过大的侧移会使人不舒服，影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。③过大的侧移会因P一效应使结构产生附加内力，甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。
2.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标
相对于低层住宅而言，小高层住宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
3 小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策略
3.1 优化设计的方法
当前，在无成熟的优化设计分析软件的情况下，主要是应用小高层住宅结构分析软件，采用人工分析进行调整，运用概念设计的方法对不同的结构选型和布置不断的进行方案分析比较，以获得比较理想的结构方案，这是在结构设计中最常用的也是最简单的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得的方案是较合理、经济的，虽其费工费时、对设计人员的素质要求较高，但这种依靠设计人员经验进行人工优化的方法仍是当前所普遍采用的主要方法。对于同一小高层住宅方案，可以有许多不同的结构(包括基础)布置方案;确定了结构布置的小高层住宅物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法;分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是唯一的;小高层住宅物细部的处理更是不尽相同等等，这些问题目前计算机是无法完全解决的，都需要设计人员自己做出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
3.2 性能分析
3.2.1 抗震性能分析
对结构体系来说足够的承载能力和变形能力是两个同时需要满足的条件。结合概念设计的理念，对上述两种结构体系进行对比分析，电算程序可以采用中国建筑科学研究院编制的结构空间有限元分析软件SATWE。在结构设计中，不仅要求结构具有足够的承载能力，还要求其有适当的刚度。高层结构的使用功能和安全与其侧移的大小密切相关，过大的侧向变形会使隔墙、维护墙及其饰面材料出现裂缝或损坏。结构分别按考虑5%的偶然偏心和双向地震力作用的不利情况计算出各结构体系层间位移角，剪力墙结构小于框剪结构，但均小于规范要求，且富裕量较大，说明两种结构体系满足刚度要求。
但就使用性能方面，剪力墙结构由于墙体太多，结构自重大，导致了较大的地震作用，混凝土和钢材用量也较高;同时也增加了基础工程的投资，而且限制了建筑上的灵活使用。而框架一剪力墙结构的特点是平面使用灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有着不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。由框架构成自由灵活的使用空间，容易满足不同建筑功能的要求;同时剪力墙具有相当大的抗侧移刚度，从而使框一剪结构具有较好的抗震能力，也大大减少了结构的侧移。
3.2.2 经济性比较
我们通过对三种钢筋混凝土住宅结构直接费的计算，发现三种钢筋混凝土住宅结构单位面积直接费相差不是很多，其中短肢剪力墙结构的单位面积直接费最大，框架一剪力墙结构的单位面积直接费最小，其中短肢剪力墙结构的单位面积直接费比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出12.5%，比大开间剪力墙结构的单位面积直接费高出7.3%，大开间剪力墙结构的单位面积直接费比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出4.9%。三种钢筋混凝土住宅结构的次要项目造价基本相同。单位面积造价框架一剪力墙结构的最小，框架一剪力墙结构的次之，短肢剪力墙结构的稍微较大，三种结构体系直接费最大相差不到45元/m2元。
4 结束语
随着社会经济的繁荣，我国小高层建筑发展迅速。设计思想也在不断更新。结构体系日趋多样化。小高层钢筋混凝土框架结构越来越广泛应用于建筑中，小高层钢筋混凝土框架结构设计有着光明的应用前景。我国尚未形成相应的规范，还需要进行大量的研究工作。
参考文献：
高层住宅结构设计范文4
[关键词]：小高层；住宅；结构设计；基础
近期，小高层住宅大量涌现，如何在设计过程中使结构方案经济合理已成当务之急。由于目前设计周期短任务重，大多数结构设计仅是根据已确定好的平面和竖向布置，先假定好构件尺寸，通过电算来调整结构的周期、位移、刚度比、稳定性等结构参数及梁柱配筋等，至于整个方案是否完整，构件尺寸是否假定太大，则不做仔细研究。很多时候都会产生不必要的浪费。
另外，住宅布置有时考虑建筑立面和内部空间，使结构布置产生许多不合理之处。
例如：转角窗的布置，使框架角部不能布柱，大大削弱了结构的整体刚度；受建筑平面限制某些剪力墙布置不均匀，产生刚度偏心和扭转等，这些形式对结构受力及抗震均不利。因此设计时必须强调概念设计，在平面布置和构造设计上使结构更趋合理。
一、小高层住宅结构设计的总体指标控制
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，建议对于小高层住宅u/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0.06-0.08倍之间。而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。当然建议对于顶层构件可不考虑在内，否则很难满足上述指标。因此，在小高层建筑房屋中，结构构件宜采用高强度材料，非结构构件和围护墙体应有用轻质材料。减轻房屋自重，既减小了竖向荷载作用下构件的内力，使构件截面变小，又可减小结构刚度与地震效应，不但能节省材料，降低造价，还能增加使用空间。
对于小高层住宅结构而言，在结构选型上应注意以下几点：
1.1结构的规则性
《抗规》、《高规》在这方面要求了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、竖向抗侧力、刚度变化宜均匀等，而且，《抗规》采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构的规则性问题对整个结构设计是很重要的。
1.2上部结构嵌固端的设计
由于小高层住宅一般都带有一层或一层以上的地下室或人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，我们在嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性等问题上都要认真考虑，不得忽视。
1.3短肢剪力墙的设计
由于目前的住宅内部空间以及美观的要求，以及建筑造价经济合理的要求，从而对结构体系的要求也随之提高，剪力墙结构（含部分短肢剪力墙）就是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。剪力墙结构（含部分短肢剪力墙）能够较好地完成建筑要求，并且较为经济合理。
二、小高层住宅结构设计的基础设计
高层建筑基础设计一直是结构工程师极其重视和非常关键的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时也是影响整个工程造价的决定性因素之一。研究地基基础对建筑抗震能力的影响，作出恰当的选择，已成为高层建筑结构设计的重要部分，基础是房屋的根基，是房屋中极为重要组成部分，一幢房屋如果没有一个竖实可靠的基础，再好的上部结构也不可能正常发挥其作用，甚至可能导致上部结构的破坏与倾斜。基础类型的选择往往比上部结构选型更困难。影响因素更多，因此也更要谨慎。高层建筑的基础类型，应根据地基的性质，结构类型，荷截特点，施工条件等因素综合考虑。目前的小高层由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。如何对基础进行合理选型，将对整个地下室设计的经济性产生重要影响。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，但也是给施工带来不少麻烦，甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。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。笔者认为基础选型要做具体的方案分析比较，才能选定经济合理的基础形式。
三、小高层住宅结构设计的剪力墙设计
3.1剪力墙的布置：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两向的刚重比较近。在结构布置应避免一字形剪力墙，若出现则应布置成长墙（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倍以下为短墙，大于8倍则为普通墙，这就引起高厚比为7.9倍及8.1倍的两种墙的受力特性截然不同，而配筋亦大相径庭，这显得比较机械而不合理，因此建议布置长墙时高厚比能大于9。
3.2剪力墙的配筋及构造：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。剪力墙墙体配筋（以200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。建议加强区Ø10@200，非加强区Ø8@200双层双向即可，双排钢筋之间采用Ø6@600×600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于水压力，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风片。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，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30mm来取值，这对节省墙体配筋效果相当明显。
3.3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《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件。笔者结合本工程就构造边缘构件的配筋作一点讨论，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。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1.0%，一般部位1.0%；对于小墙肢其受力性能差，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率加强区1.2%，一般部位1.2%。
3.4剪力墙中的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。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陶粒砌块或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加一根梁，两根梁之间用陶粒砌块填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平钢筋。
高层住宅结构设计范文5
关键词：高层住宅; 剪力墙; 结构设计; 措施
Abstract: the structure of the high-rise building the shear wall structure design, how to give full play to the structure of the lateral stiffness big, appearance advantages, such as simple at the same time, they will fall to lowest engineering cost, this is the building designers should consider mainly problem. This paper introduces the characteristics of the high-rise residential shear wall and classification, put forward the design should be paid attention to in some problems, summarizes the optimization design of high-rise building the shear wall structure of the measures.
Keywords: high-rise residential; Shear wall; Structure design; measures
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
剪力墙结构是由一系列纵向、横向剪力墙及梁、板所组成的空间结构, 承受竖向荷载和水平荷载, 是高层建筑中常用的结构形式。由于纵向、横向剪力墙在其自身平面内的刚度都很大, 在水平荷载的作用下, 侧移较小, 因此这种结构抗震及抗风性能都较强, 适宜于建造层数较多的高层建筑。结构工程师应该在剪力墙设计中把握要点, 使结构安全、经济。
一、高层住宅剪力墙的特点以及分类
剪力墙是一种用来抵抗侧向力比较好的单元,它可以是完全由剪力墙来抵抗侧力的一种剪力墙结构,也可以是和框架共同组成的框架-剪力墙的结构。剪力墙具有比较大的刚度,在结构中通常承受大部分的水平力,成为一种比较有效的抗侧力的结构,在地震区的高层建筑中设置剪力墙或者核心筒可以很好的改善建筑的抗震性能。剪力墙根据是否开洞以及开洞的大小可以分为以下几个类型。
1、实体墙
所谓实体墙就是指没有开洞或者开洞的面积小于整个墙体面积的15%。其受力的特点是就像一个悬臂墙。它的弯矩图既没有突变,也没有反弯点,整个墙体的变形是以弯曲型为主。
2、整体的小开口剪力墙
这主要是指开孔的面积虽然大于整个墙体面积的15%,但是仍然属于小面积开孔的墙体, 其受力的特点就是弯矩图在连接梁的地方发生突变,在高度上没有反弯点,或者是仅仅在个别的楼层才有反弯点。
3、双肢或者多肢剪力墙
所谓的双肢或者多肢剪力墙主要是说开洞比较大的或者洞口成列布置的墙体。它的受力特点是和整体的小开口的剪力墙相类似的。
4、壁式框架
壁式框架是指洞口的尺寸相对比较大, 而连接梁线的刚度和墙肢线的刚度比较接近的墙体。其受力特点是弯矩图在楼层的地方发生突变,而且在大多数的楼层中都会出现反弯点。
二、高层住宅剪力墙设计中需注意的几个问题
1、在运用软件进行计算机辅助设计时，应根据实际情况调整软件的各项参数及简化模型，使其最大限度地反映实际工程的情况，尽可能地使其计算结果与实际模型相一致。了解各参数的实际意义，合理设置各参数。对于整体性系数较大的短肢墙，应尽可能使其肢强系数小，这样的结构在水复荷载作用下耗能能力强。
2、工程设计不能迷信计算机的计算结果，更不能因某一部分的计算结果有误差就全盘否定计算软件，只有在实践中逐步了解软件并在工作中避免其产生误差，这样才能使我们的设计更安全，更合理。
3、要充分利用梁、墙等构件可任意偏心布置的特点，尽可能避免近距离的轴线和节点，提高计算精度。如节点距离过近，可能会引起后面计算出错，同时应注意构件偏心布置时偏心不能太大，尤其不能跨节点或轴线。
4、SATWE程序中，在各种抗震等级下，墙的内力放大系数均是隐含值，但作为设计者，应清楚这些系数的取值。
5、合理确定连梁和墙肢的强度，要确保连梁的屈服先于墙肢的屈服。和框架结构一样，短肢剪力墙的设计也要遵循“强柱弱梁，强剪弱弯”的原则。
6、对由软件计算的结构进行合理分析与判断。
7、在进行短肢剪墙结构整体设计时，必须要重视概念设计，使房屋各项指标都满足“抗震规范”及“高层建筑混凝土结构技术规程”的要求。
三、优化高层建筑剪力墙结构设计的措施
1、避免出现独立小墙肢与剪力墙刚度不宜过大
《高层建筑混凝土结构技术规程》(简称《高规》)中规定：“矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面宽度的5倍。”一旦出现上述情况，对墙肢轴压比、配筋等都有严格的限制，设计施工都比较困难。在实际设计中，独立小墙肢基本上可以通过合并洞口等方法消除，或合理布置剪力墙，使小墙肢成为墙体翼缘，其受力状态明显好于独立小墙肢，仅适当加强配筋即可。同时剪力墙结构应具有足够的延性，细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙， 从而可避免脆性的剪切破坏。
2、注重转换层结构设计
高层建筑功能和形式日益多样化，当多功能综合大楼要求一栋建筑物的上部(中部)和下部使用功能不同时，结构布置也要相应改变，要设置转换构件衔接上下结构，传递内力，设置转换构件的楼层称为转换层。因此，对于高位转换的底部大空间剪力墙结构这样的复杂结构，应当慎重设计。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，转换层本身的刚度和质量不宜大，最终可通过水平力作用下精确的空间分析检查转换层附近的层间位移角是否基本均匀。宜尽量选用刚度和重量较小的转换层结构形式，计算时应多取参与组合的振型数。通过计算仔细分析可能存在的薄弱部位，研究具体的内力分配特点，通过调整内力和构件配筋设计改善薄弱部位的性能。
高层住宅结构设计范文6
关键词：框支剪力墙结构；结构布置；构造措施
1. 引言
由于对使用功能和美观上的要求，越来越多的高层建筑的底层经常会设计成大开间的架空层、大堂等。为了满足这种建筑使用功能的要求，结构设计时通常会设计成框支剪力墙结构。由于框支-剪力墙结构上、下刚度突变，构件不连续，传力复杂，在地震作用下框支层将产生很大的内力和塑性变形，抗震性能差，易造成震害。因此，设计时应对底部薄弱层从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。本文对框支剪力墙结构的设计及软件应用情况进行简要介绍。
1 工程简介
某住宅小区建筑面积12980m2，其中人防地下室1 层，层高4.6m，裙房2 层，层高分别为5.1m，5.4m，3 层以上为住宅，层高为3.0m。地面以上共19 层，总高 61.8m。地面以上1、2 层为商业用房，需要尽可能大的自由灵活空间，3 层以上为住宅。本工程结构设计基准周期为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，位移计算时采用50年一遇风压0.65kN/ m?，强度计算时采用100年一遇风压0.75kN/ m?。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。场地土类别为Ⅲ类。
2 概念设计与结构布置
本工程转换层以下为框架剪力墙结构，转换层以上为剪力墙结构，本工程底部加强部位剪力墙及框支柱抗震等级为二级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级。设计时从以下几个方面作为概念设计的出发点。
2.1 平面布置
平面布置应力求简单、规则、均衡对称，尽量使荷载与结构刚度中心重合，以避免或减少扭转产生的不利影响。本工程在楼梯间及电梯间较薄弱处，均布置有落地剪力墙并形成了落地筒体，在建筑物两侧也设置了落地剪力墙，并在横向布置有间距10.4m的落地剪力墙。墙体布置既分散又均匀。
2.2 竖向布置
竖向布置主要是要控制转换层上、下刚度的突变，应尽量强化转换层下部的结构侧向刚度，弱化转换层上部的结构侧向刚度，使转换层上下部的结构侧向刚度及变形特征尽量接近。经过反复调整转换层上下剪力墙布置及落地剪力墙的厚度，本工程最终计算结果，X 方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.80，Y 方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.95，均满足规范要求，且转换层上下部的结构的等效侧向刚度基本接近，能够
有效的缓解构件内力和变形的突变。
2.3 转换构件选择及布置
转换层是建筑物中不同结构形式相连的关键点，它既是下部结构的封顶，又是上部结构的“空中基础”，在整个建筑结构体系中起着至关重要的连接纽带作用。由于结构竖向传力构件的不连续，造成结构上部荷载不能直接传给下部对应构件，而是通过转换结构的内力重分配，再向下传递。因此，转换构件相当重要而且受力比较复杂，必须保证转换结构可靠有效的工作。因此，在布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上，尽量避免多级复杂转换。梁式转换受力明确，传力简洁，计算模型简单，计算软件比较成熟，而且施工方便，
因此本工程设计采用梁式转换，并且因受建筑功能限制，转换层为主次梁转换方案。这种方案由框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及次梁上的剪力墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需承受转换次梁传给的剪力、扭矩和弯矩，并且框支主梁易发生剪切破坏。故设计时应对框支梁进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。为避免框支梁上部剪力墙对框支梁产生不利的扭转影响，平面布置时剪力墙截面中心线应与框支梁截面中心线对齐，与框支柱截面中心重合。框支层周围楼板取消了原有错层布置。
6.结构计算结果
本工程采用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件和PMSAP软件进行计算分析和对比。结构分析计算时，仅取主楼范围计算，裙楼不参与计算。由于SATWE与PMSAP总体计算结果比较接近，下面以SATWE计算结果为例作介绍。
本工程计算振型数为15个，计算结构显示抗震计算时的振型参与质量：X向为97.99%，Y向为99.69%，均大于90%。振型数满足要求。剪重比Qx=2.22%，Qy=2.13%。均大于1.6%，满足规范要求。计算基本周期及扭转因子，空间振型的周期：T1=2.1977（Y方向平动系数0.96），T2=1.9356（X方向平动系数0.97）；T3=1.6537（扭转系数为0.99）。T3/T1=0.752
3构造措施
1）本工程采用的混凝土强度等级表1，均满足规范要求。
2）转换层楼板作为重要的传力构件，承担着完成上下部分剪力重分配的任务，作用不可忽视，因此必须有足够的刚度保证。设计时采用180mm 厚现浇混凝土楼板，配筋为Ф12@150 双层双向，每个方向的配筋率均为0.42%，大于规范规定的0.25% 的要求。同时，与转换层相邻楼层的楼板均予以加强，转换层以下楼板的厚度为150mm 厚，配筋为Ф12@150 双层双向， 转换层以上楼板的厚度为150mm 厚，配筋为Ф10@150 双层双向。
3）底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8 二者的较大值，本工程剪力墙底部加强部位取框支层加上框支层以上两层的高度，即基顶～18.170，墙体两端设有翼墙或端柱，并按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）设置有约束边缘构件，框支层以下落地剪力墙厚度350mm，配筋Ф12@200，配筋率大于0.3%，框支层以上底部加强部位剪力墙配筋为Ф10@200，已
适当加强。
4）由于转角窗的存在，局部整体性有较大的削弱，对结构整体抗扭不利，故采取以下加强措施：将双向悬挑边梁截面高度加高以增加连梁刚度，房间楼板加厚至130mm，并且在转角剪力墙之间设置200×130 的暗梁，形成配筋拉结板带，以增加局部整体性。
结束语
1）框支剪力墙结构应充分重视选择合适的结构转换层形式，对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计，采取必要的加强措施从整体上形成良好的结构抗震体系。
2）控制好转换层上下结构的侧向刚度比试框支剪力墙结构设计的关键问题之一，适当加大底部落地剪力墙厚度或适当减少转换层以上剪力墙的数量、长度是有效调整转换层上下结构侧向刚度比的方法之一。
3）结构刚度太大，使得结构构件地震作用变大而导致配筋量增加，照成浪费；结构刚度太小，会使结构在正常使用条件下位移偏大，影响承载力、稳定性和使用。应合理布置构件，满足刚度适宜原则，既要满足安全度要求，又要使结构具备一定的延性，改善结构的变形能力。
参考文献
1.《抗震规范设计规范》GB50011-2010
