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摘要：本文结合某高层住宅结构设计实例，在满足结构安全情况下如何提高高层住宅设计性价比的设计措施，旨在为同类工程提供参考借鉴。
关键词：结构设计；高层住宅；结构体系；抗震设计
Abstract: combining with a high-rise residential structure design examples, and to meet the safety of the structure how to improve the design of high-rise residential design ratio measures, so as to provide a reference for similar projects.
Keywords: structure design; High-rise residential; Structure system; Seismic design
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
1. 工程概况
本工程包括1~9#楼十四幢二十五层高层住宅、15~19#楼五幢六层多层住宅以及一层地下室组成。本地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，本工程按7度抗震设防烈度设计。基本风压为0.60kN/m2，地面粗糙度为C类；基本雪压为0.35 kN/m2。
2. 荷载取值考虑
（1）墙体永久荷载：外墙体：4.8 kN/m2；内墙：3.3 kN/m2；其余按《建筑结构荷载规范》取值。
（2）楼面活荷载：客厅、卧室：2.0 kN/m2；阳台：2.5 kN/m2；商业：3.5 kN/m2；消防疏散楼梯3.5 kN/m2；消防车道：20 kN/m2；厨房、卫生间：2.0 kN/m2；上人屋面：2.0 kN/m2；不上人屋面：0.5 kN/m2；设备机房按实际情况取值，无特殊要求按7.0 kN/m2。
3. 结构设计
3.1结构体系选取
（1）抗侧力休系。根据建筑功能和高层建筑特点及几种方案综合比较，塔楼采用现浇钢筋混凝土大开间结合部份短肢墙的剪力墙结构，它具有使用面积大、室内空间简沽、工期短及结构整体性强、侧向刚度大、抗侧力性能好、用钢量相对较少等综合经济效益好的显著优点。裙房采用钢筋混凝土现浇框架结构。
另外，除要求建筑设计采用较规则的平面和体型外，还要保证结构竖向抗侧力构件的连续性，并尽量减小转角窗的宽度，必要时与建筑专业沟通，取消转角窗的设置，以减小结构的扭转效应，同时加大外墙厚度，以及外墙周边梁的刚度，以增强结构抗侧刚度、抗扭刚度，使其满足规范对位移限值的要求。
（2）楼板结构设计。综合考虑建筑功能灵活性、可改造性、结构的安全适用及施工方便等因素。结构平面布置时，根据户型要求，布置成大开间剪力墙结构，尽量减少次梁的设置，楼板采用整间大板，板厚为120~150mm，直接把轻隔墙直接砌在大板上，为灵活分隔提供便利。
3.2设计措施
（1）基础设计。本工程考虑桩基础。桩基拟采用高强预应力混凝土管桩。具有造价低，施工过程中质量易控制，施工工艺简单，施工工期相对较短。桩身质量容易保证等优点。
（2）地下室设计。本工程地下室部分采用甲类核六级人防平战相结合。人防地下室顶板厚250mm，非人防地下室顶板厚180mm，外墙板厚300~350mm，底板厚400mm。鉴于地下室面积较大，地下室顶板采用钢筋混凝土梁柱结构，考虑各种因素（特别是防水），地下室不设逢。在主楼与地下室之间设沉降后浇带，待主楼结顶后再施工，以起到调节沉降差的作用。对地下室及结构单元长度超过规范规定的最大伸缩缝间距要求的部分，设置温度伸缩后浇带，待两侧混凝土达浇筑完成的45天后封闭。同时，为了有效地减少超长带来的砼收缩和温度应力等对结构的不利影响，拟采取以下措施：1）设计措施上，适当提高基础及地下室顶板的最小配筋率，配筋率控制在0.25~0.30％左右，顶板采用双层贯通配筋。2）材料选取上，混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥（例如粉煤灰水泥等），采用碎石骨料，基础底板的混凝土加入适量防水剂；地下室混凝土在严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量的同时，可以考虑掺微膨胀剂与纤维。3）施工措施上，控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。在混凝土浇筑施工中，应采取二次振捣措施，并应加强混凝土养护，特别是前期养护。
（3）结构分析。本工程使用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（2008版）进行结构分析。分析中考虑楼板开洞的影响，上部结构与地下室作为一个整体，上部结构的嵌固点位于地下室顶板；地震的作用和风荷载按两个主轴方向作用，同时考虑偶然偏心地震作用下的扭转影响。另外，本工程基础设计采用PKPM的JCCAD版进行计算。
4. 人防结构设计
（1）结构计算及等效静荷载标准值。本工程在地下室设有甲类核6级人防防护单元。按GB50038-2005，结构核爆动力分析采用“等效静荷载法”。地下水位按最高水位计算。
表1人防地下室等效静荷载标准值
类别 核6级人防等效静
荷载标准值（kN/m2） 类别 核6级人防等效静
荷载标准值（kN/m2）
顶板 70 出入口临空墙 160
外墙 60 开敞式防倒塌棚架垂直荷载 50
底板 25 开敞式防倒塌棚架水平荷载 15
门框墙 240 楼梯踏步休息平台正（反）面 60（30）
（2）结构选型及主要构件尺寸。本工程采用全现浇钢筋混凝土结构，顶板底板采用现浇梁板楼盖。顶板厚度250mm，底板厚度400mm，外側板厚度300~350mm，内隔墙厚度250~300mm。
（3）平战结合。平时用通道、洞口等需临战封堵的部位均已在图中注明。临战封堵拟采用钢梁板方案，要求土建施工时一次做好，并做好标志，就近存放。
5. 结构设计的性价比
（1）在设计中力求结构沿竖向的布置规则、均匀，要求墙体上下对齐，墙厚度沿高度逐渐缩小，墙体混凝土强度等级沿高度逐渐减小，墙体厚度和混凝土强度等级避免在同一楼层变化。外墙沿高度分300、250、200三级变化，混凝土强度等级分C45、C40、C35、C30四级。这样可避免上下刚度、楼层抗剪承载能力的突变，避免薄弱层以及减少鞭梢效应，获得较好的经济性。楼层开洞上下对齐，形成联肢剪力墙，使结构竖向和水平向荷载传力明确简单，依靠连梁耗散地震能量，在地震时避免和减轻墙肢的破坏。洞口设置时，尽量避免形成过小的墙肢，造成墙体抗推刚度相差悬殊。
（2）在结构平面布置时，力求平面简单、规则，合理布置大开间剪力墙，一方面充分发挥剪力墙承载力高的特性，又能满足建筑的使用要求，同时可以合理控制结构的抗侧力刚度，剪力墙布置力求均匀对称，使结构在平面上两个主轴方向都具有适当的刚度和抗震能力。限制荷载重心和刚度中心的偏心，适当加强建筑物周边的墙厚及周边梁，以提高建筑物的抗扭刚度，减小扭转效应带来的不利影响，降低造价。
（3）由于建筑功能的需要，转角窗和角部挑阳台的设置已是住宅建筑中普遍要求。在外墙的角窗处，要加强其抗震措施，角窗两侧的墙肢要满足轴压比的要求，两侧墙肢应全高设置约束边缘构件，转角窗及角部挑阳台房间楼板lm宽度范围内设置加强筋，增强角部端墙的连接。转角窗房间的楼板适当加厚，并加强配筋，同时加强转角窗处梁的配筋。建筑物角部是抗震设计的重要部位，对此部位进行适当加强，是提高整个建筑性价比的重要手段。
（4）设计时通过设置多道抗震防线，实现合理的屈服机制。控制剪力墙墙肢的轴压比在0. 5以内，增加底部加强区墙身全截面配筋率大于0. 3~0.4%，约束边缘构件配筋率大于1. 0%，对肢长比小于8的墙肢，适当提高其全截面配筋率，以提高剪力墙底部加强区的延性，延缓在罕遇地震作用下底部塑性铰的出现，提高抗震性能。
（5）地下室是建筑造价的重要部分之一，通过降低地下室单方造价，是降低此类建筑造价的直接手段，如能合理的减少地下室的埋深，则基坑支护、底板抗浮、车道坡长及地下室外墙水土压力均会极大改善，则地下室结构造价的宏观控制就完成了重要一步。
6. 结语
文章通过结合某高层住宅结构设计实例，鉴于塔楼高度较高，荷载大且集中；而对于无上部建筑的地下室部分，其荷载相对小但其面积大，因此必须根据这种结构和地基的特点对基础进行细致合理的设计。同时对于带地下室的高层住宅，不仅要确保高层建筑的稳定、防止滑移和增强抗震性能的需要外，其次就是使用上的需要，应充分利用地下空间，而如何降低地下室结构造价，取得较高的性价比，已成为高层结构设计中的重要问题。
参考文献：
[1] 陈磊. 多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[J]. 黑龙江科技信息，2002，(03)：35～39.
[2] 吴综泽. 重庆某超限畜层结构优化设计[J]. 广东科技，2011，(06)：78～80.
[3] 朱克炎，马会军. 新时代广场超高层框架一筒体结构设计的几点作法[J]. 建筑结构，2009，(03)：111～113.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：结构设计；高层住宅；结构体系；抗震设计
Abstract: combining with a high-rise residential structure design examples, and to meet the safety of the structure how to improve the design of high-rise residential design ratio measures, so as to provide a reference for similar projects.
Keywords: structure design; High-rise residential; Structure system; Seismic design
中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：
1. 工程概况
本工程包括1~9#楼十四幢二十五层高层住宅、15~19#楼五幢六层多层住宅以及一层地下室组成。本地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，本工程按7度抗震设防烈度设计。基本风压为0.60kN/m2，地面粗糙度为C类；基本雪压为0.35 kN/m2。
2. 荷载取值考虑
（1）墙体永久荷载：外墙体：4.8 kN/m2；内墙：3.3 kN/m2；其余按《建筑结构荷载规范》取值。
（2）楼面活荷载：客厅、卧室：2.0 kN/m2；阳台：2.5 kN/m2；商业：3.5 kN/m2；消防疏散楼梯3.5 kN/m2；消防车道：20 kN/m2；厨房、卫生间：2.0 kN/m2；上人屋面：2.0 kN/m2；不上人屋面：0.5 kN/m2；设备机房按实际情况取值，无特殊要求按7.0 kN/m2。
3. 结构设计
3.1结构体系选取
（1）抗侧力休系。根据建筑功能和高层建筑特点及几种方案综合比较，塔楼采用现浇钢筋混凝土大开间结合部份短肢墙的剪力墙结构，它具有使用面积大、室内空间简沽、工期短及结构整体性强、侧向刚度大、抗侧力性能好、用钢量相对较少等综合经济效益好的显著优点。裙房采用钢筋混凝土现浇框架结构。
另外，除要求建筑设计采用较规则的平面和体型外，还要保证结构竖向抗侧力构件的连续性，并尽量减小转角窗的宽度，必要时与建筑专业沟通，取消转角窗的设置，以减小结构的扭转效应，同时加大外墙厚度，以及外墙周边梁的刚度，以增强结构抗侧刚度、抗扭刚度，使其满足规范对位移限值的要求。
（2）楼板结构设计。综合考虑建筑功能灵活性、可改造性、结构的安全适用及施工方便等因素。结构平面布置时，根据户型要求，布置成大开间剪力墙结构，尽量减少次梁的设置，楼板采用整间大板，板厚为120~150mm，直接把轻隔墙直接砌在大板上，为灵活分隔提供便利。
3.2设计措施
（1）基础设计。本工程考虑桩基础。桩基拟采用高强预应力混凝土管桩。具有造价低，施工过程中质量易控制，施工工艺简单，施工工期相对较短。桩身质量容易保证等优点。
（2）地下室设计。本工程地下室部分采用甲类核六级人防平战相结合。人防地下室顶板厚250mm，非人防地下室顶板厚180mm，外墙板厚300~350mm，底板厚400mm。鉴于地下室面积较大，地下室顶板采用钢筋混凝土梁柱结构，考虑各种因素（特别是防水），地下室不设逢。在主楼与地下室之间设沉降后浇带，待主楼结顶后再施工，以起到调节沉降差的作用。对地下室及结构单元长度超过规范规定的最大伸缩缝间距要求的部分，设置温度伸缩后浇带，待两侧混凝土达浇筑完成的45天后封闭。同时，为了有效地减少超长带来的砼收缩和温度应力等对结构的不利影响，拟采取以下措施：1）设计措施上，适当提高基础及地下室顶板的最小配筋率，配筋率控制在0.25~0.30％左右，顶板采用双层贯通配筋。2）材料选取上，混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥（例如粉煤灰水泥等），采用碎石骨料，基础底板的混凝土加入适量防水剂；地下室混凝土在严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量的同时，可以考虑掺微膨胀剂与纤维。3）施工措施上，控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。在混凝土浇筑施工中，应采取二次振捣措施，并应加强混凝土养护，特别是前期养护。
（3）结构分析。本工程使用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（2008版）进行结构分析。分析中考虑楼板开洞的影响，上部结构与地下室作为一个整体，上部结构的嵌固点位于地下室顶板；地震的作用和风荷载按两个主轴方向作用，同时考虑偶然偏心地震作用下的扭转影响。另外，本工程基础设计采用PKPM的JCCAD版进行计算。
4. 人防结构设计
（1）结构计算及等效静荷载标准值。本工程在地下室设有甲类核6级人防防护单元。按GB50038-2005，结构核爆动力分析采用“等效静荷载法”。地下水位按最高水位计算。
表1人防地下室等效静荷载标准值
类别 核6级人防等效静
荷载标准值（kN/m2） 类别 核6级人防等效静
荷载标准值（kN/m2）
顶板 70 出入口临空墙 160
外墙 60 开敞式防倒塌棚架垂直荷载 50
底板 25 开敞式防倒塌棚架水平荷载 15
门框墙 240 楼梯踏步休息平台正（反）面 60（30）
（2）结构选型及主要构件尺寸。本工程采用全现浇钢筋混凝土结构，顶板底板采用现浇梁板楼盖。顶板厚度250mm，底板厚度400mm，外側板厚度300~350mm，内隔墙厚度250~300mm。
（3）平战结合。平时用通道、洞口等需临战封堵的部位均已在图中注明。临战封堵拟采用钢梁板方案，要求土建施工时一次做好，并做好标志，就近存放。
5. 结构设计的性价比
（1）在设计中力求结构沿竖向的布置规则、均匀，要求墙体上下对齐，墙厚度沿高度逐渐缩小，墙体混凝土强度等级沿高度逐渐减小，墙体厚度和混凝土强度等级避免在同一楼层变化。外墙沿高度分300、250、200三级变化，混凝土强度等级分C45、C40、C35、C30四级。这样可避免上下刚度、楼层抗剪承载能力的突变，避免薄弱层以及减少鞭梢效应，获得较好的经济性。楼层开洞上下对齐，形成联肢剪力墙，使结构竖向和水平向荷载传力明确简单，依靠连梁耗散地震能量，在地震时避免和减轻墙肢的破坏。洞口设置时，尽量避免形成过小的墙肢，造成墙体抗推刚度相差悬殊。
（2）在结构平面布置时，力求平面简单、规则，合理布置大开间剪力墙，一方面充分发挥剪力墙承载力高的特性，又能满足建筑的使用要求，同时可以合理控制结构的抗侧力刚度，剪力墙布置力求均匀对称，使结构在平面上两个主轴方向都具有适当的刚度和抗震能力。限制荷载重心和刚度中心的偏心，适当加强建筑物周边的墙厚及周边梁，以提高建筑物的抗扭刚度，减小扭转效应带来的不利影响，降低造价。
（3）由于建筑功能的需要，转角窗和角部挑阳台的设置已是住宅建筑中普遍要求。在外墙的角窗处，要加强其抗震措施，角窗两侧的墙肢要满足轴压比的要求，两侧墙肢应全高设置约束边缘构件，转角窗及角部挑阳台房间楼板lm宽度范围内设置加强筋，增强角部端墙的连接。转角窗房间的楼板适当加厚，并加强配筋，同时加强转角窗处梁的配筋。建筑物角部是抗震设计的重要部位，对此部位进行适当加强，是提高整个建筑性价比的重要手段。
（4）设计时通过设置多道抗震防线，实现合理的屈服机制。控制剪力墙墙肢的轴压比在0. 5以内，增加底部加强区墙身全截面配筋率大于0. 3~0.4%，约束边缘构件配筋率大于1. 0%，对肢长比小于8的墙肢，适当提高其全截面配筋率，以提高剪力墙底部加强区的延性，延缓在罕遇地震作用下底部塑性铰的出现，提高抗震性能。
（5）地下室是建筑造价的重要部分之一，通过降低地下室单方造价，是降低此类建筑造价的直接手段，如能合理的减少地下室的埋深，则基坑支护、底板抗浮、车道坡长及地下室外墙水土压力均会极大改善，则地下室结构造价的宏观控制就完成了重要一步。
6. 结语
文章通过结合某高层住宅结构设计实例，鉴于塔楼高度较高，荷载大且集中；而对于无上部建筑的地下室部分，其荷载相对小但其面积大，因此必须根据这种结构和地基的特点对基础进行细致合理的设计。同时对于带地下室的高层住宅，不仅要确保高层建筑的稳定、防止滑移和增强抗震性能的需要外，其次就是使用上的需要，应充分利用地下空间，而如何降低地下室结构造价，取得较高的性价比，已成为高层结构设计中的重要问题。
参考文献：
[1] 陈磊. 多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[J]. 黑龙江科技信息，2002，(03)：35～39.
[2] 吴综泽. 重庆某超限畜层结构优化设计[J]. 广东科技，2011，(06)：78～80.
[3] 朱克炎，马会军. 新时代广场超高层框架一筒体结构设计的几点作法[J]. 建筑结构，2009，(03)：111～113.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。