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【摘要】随着我国经济高速发展，城市高层建筑逐渐增多，其结构设计也越来越成为高层建筑工程设计工作的难点与重点。本文就某高层建筑结构设计的各个方面进行一些简单的分析，并总结了一些设计体会，以供类似工程设计参考。
【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计；设计体会
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
近年来，中国高层建筑发展取得了举世瞩目的成果，这与特定社会、经济、文化背景密不可分，它是根植于中国现实而产生的特定社会现象。随着城市人口基数的逐渐加大、人们生活水平的提高，住宅的需求亦随之大量增加，高层住宅建筑越来越多地被采用。这种结构不同于高层和多层，有其自身的特点。在设计中，要正确利用它的特点。本文结合某商业住宅小区，对该结构形式的设计经验进行总结，以期参考交流。
1、上部结构合理配置剪力墙是控制此类建筑侧向刚度的关键
高层建筑一般利用窗间墙和纵横墙布置钢筋混凝土小墙肢，这样可以不占用室内空间，小墙肢间通过连梁和现浇混凝土楼屋面板相连，形成小墙肢-连梁承重体系。
小墙肢剪力墙布置应按照抗震设计要求，结合各建筑房型的窗间﹑楼梯间﹑电梯间及房间四周的内外墙等情况，小墙肢剪一般有一字形﹑L形﹑T 形﹑十字形等墙段，在平面中各个主轴方向均匀对称布置，尽量做到刚心与质心重合，以减小结构的扭转。各墙肢肢长不宜相差太大，使各个墙肢刚度接近，保证在地震作用下，水平力均匀地分配给各墙肢，避免因个别墙肢过长，刚度过大产生很大的地震水平力而出现超筋。在竖向墙肢上下对齐﹑连续，根据建筑底的层高及上部的变化通过墙肢的厚度和混凝土强度的变化，使竖向刚度从下至上逐渐变小，并使任何上下层刚度变化不大于70%。墙肢间净距不大于5米，连梁高度宜小于400，并尽可能地布置与两房间之间，使住宅空间得以充分利用。墙肢的多少决定了结构的抗侧向刚度。墙肢的过多，则结构的抗侧向刚度偏大，地震反应大，构件内力大，配筋也增大甚至超筋，造成浪费；墙肢的过少，则结构的抗侧向刚度偏小，水平地震作用下位移过大，不能满足正常使用。调整墙肢的数量及大小，使结构的抗侧向刚度能满足水平位移要求，又不引起过大的内力。
2、采用合理的计算模型，从电算上进行加强
本楼位于所在地区抗震设防烈度7度（0.10g），设计地震分组第一组，场地建筑场地类别：Ⅱ类，房屋总高度小于80m，采用剪力墙结构，查《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）结构的抗震等级为三级。但由于上述的原因，地震作用通过楼板传给剪力墙的路径不直接，导致受力复杂，因此将缺失楼板区域的中部墙体的抗震等级提高一级，按照抗震等级为二级的剪力墙进行电算分析。对于一般的高层住宅，楼板的刚度很大，其基本符合刚性楼板的假定。本楼楼板缺失，使得刚性楼板假定不再完全适用，在内力分析时应考虑楼板弹性变形的影响。而SATWE提供了三种弹性楼板单元，分别为考虑楼板面内、面外刚度的弹性板6，仅考虑面外刚度的弹性板3以及只考虑楼板面内刚度的弹性膜，分析时在特殊构件定义里面将楼板缺失区域存在的楼板定义为弹性楼板6。本栋建筑的计算基本信息如表一、二、三所示。
表一 结构自振周期
振型 周期 转角（度） 平动系数
1 2.1495 129.67 0.99
2 2.0982 41.02 0.95
3 1.9150 13.41 0.06
4 0.6334 173.75 0.97
表二 结构在风荷载和地震作用下的弹性位移角
表三 结构底部地震剪力、地震倾覆力矩和地震剪力系数
3、采用合理的配筋，从构造上进行加强
（1）本楼标准层楼板缺失面积较多，为合理传递水平地震作用，楼板构造应加强。设计时除悬挑走廊外，楼板厚度均为120mm，楼电梯间板厚加强为150mm，配筋双层双向贯通设置，不采用普通楼板的分离式配筋。
（2）针对局部缺失区域中间部位的剪力墙，按照高规10.4节错层结构的墙体构造要求进行设计，墙体构造按照抗震二级墙体采用，水平和竖向分布钢筋配筋率按照0.5%設置，在底部加强区及以上一层墙设置约束边缘构件，上部区域按照错层结构的墙体构造边缘构件要求设计。
4、局部设计的几点考虑
4.1 本建筑的外框架与内筒间距较大，框架梁端在内筒处负弯矩较大，按常规做法此梁在筒内宜贯通，以平衡梁端的负弯矩，但建筑设在筒内的楼电梯间以及通风和水专业的管道井均使框架梁不能正常贯通，这样在筒体剪力墙上产生较大的平面外弯矩，为此采取以下措施：
（1）加大设于筒体墙内楼层处暗梁截面及配筋，形成加强环梁，通过此环梁，将作用于X向墙体上的平面外弯矩分别传递到Y向各墙上；
（2）与框架梁相交的墙体节点处均设置暗柱，并通过计算配置暗柱内的纵筋和箍筋；
（3）因剪力墙较厚，增加梁端凸出部分，以便提高梁端在抗震时的锚固。
4.2 为减小框架梁的荷载以便减小梁的截面高度，本建筑的次梁均沿Y向布置，这样就加大了次梁的跨度，为控制次梁的挠度和裂缝，在结构布置时尽量将次梁在筒体内贯通，形成三跨连续梁，并通过计算配置梁下部纵筋，满足正常使用的要求。
4.3 在设计计算过程中发现，X向轴，轴与剪力墙相交的框架梁，因在同一平面内的剪力墙刚度相对很大，在地震力作用下，与剪力墙相交部位的梁端配筋均超筋，为解决此问题，设计中采取两条途径分别计算：
①在不考虑地震作用时，梁与剪力墙相交处按固结考虑，计算后按结果配置梁端负筋；
②在考虑地震作用时，假设梁与剪力墙相交处出现塑性铰，计算后按结果配置梁跨中正筋。这样既能满足正常使用时的强度要求，又能保证地震作用下的安全。
5、关于设计的几点体会
（1）按规范要求，框架剪力墙结构的筒体宜设边框梁与边框柱，框架梁在筒内宜贯通，以便加强整体刚度，承受平面外弯矩。本建筑由于方案是香港的建筑事务所设计，港方坚持不设边框梁与边框柱和框架梁在筒体内不贯通的方案。为保证结构安全，特别是在地震作用下，建筑结构具备必要的抗震承载能力，良好的变形能力，对可能出现的薄弱部位，在设计中采取了一些有利的措施，从而弥补了方案的缺陷。
（2）本建筑的次梁均沿Y向布置，且梁高受到限制，经计算，为达到规范要求的挠度和裂缝要求，须配置一定数量的纵筋，以便提高梁的刚度，这样做不仅增加造价，而且要求梁上不宜再有较大的集中荷载。所以在今后的设计中，若楼层允许的情况下，用横向框架方案，次梁沿X向布置综合考虑更合适。
（3）设计本楼时为了满足嵌固要求，地下室中上部落下的墙体变厚加长，并增加了相当数量的墙体，虽然对于本栋建筑这些是有利的加强措施，但如果对于一般的建筑也要求采取这样的措施，似乎过于严格，经济性上也差了很多。
6、结论
随着人们生活的越来越好和城市化现象的突出，城市建筑越来越高，而高层建筑由于其对结构刚度等各方面要求都很高，所以其设计比一般建筑要复杂。本文以某地区的某高层建筑为例，对高层建筑结构的设计以及出现的问题进行了分析，并提出相应的解决方案，以便相关设计人士提供参考依据。
【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计；设计体会
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
近年来，中国高层建筑发展取得了举世瞩目的成果，这与特定社会、经济、文化背景密不可分，它是根植于中国现实而产生的特定社会现象。随着城市人口基数的逐渐加大、人们生活水平的提高，住宅的需求亦随之大量增加，高层住宅建筑越来越多地被采用。这种结构不同于高层和多层，有其自身的特点。在设计中，要正确利用它的特点。本文结合某商业住宅小区，对该结构形式的设计经验进行总结，以期参考交流。
1、上部结构合理配置剪力墙是控制此类建筑侧向刚度的关键
高层建筑一般利用窗间墙和纵横墙布置钢筋混凝土小墙肢，这样可以不占用室内空间，小墙肢间通过连梁和现浇混凝土楼屋面板相连，形成小墙肢-连梁承重体系。
小墙肢剪力墙布置应按照抗震设计要求，结合各建筑房型的窗间﹑楼梯间﹑电梯间及房间四周的内外墙等情况，小墙肢剪一般有一字形﹑L形﹑T 形﹑十字形等墙段，在平面中各个主轴方向均匀对称布置，尽量做到刚心与质心重合，以减小结构的扭转。各墙肢肢长不宜相差太大，使各个墙肢刚度接近，保证在地震作用下，水平力均匀地分配给各墙肢，避免因个别墙肢过长，刚度过大产生很大的地震水平力而出现超筋。在竖向墙肢上下对齐﹑连续，根据建筑底的层高及上部的变化通过墙肢的厚度和混凝土强度的变化，使竖向刚度从下至上逐渐变小，并使任何上下层刚度变化不大于70%。墙肢间净距不大于5米，连梁高度宜小于400，并尽可能地布置与两房间之间，使住宅空间得以充分利用。墙肢的多少决定了结构的抗侧向刚度。墙肢的过多，则结构的抗侧向刚度偏大，地震反应大，构件内力大，配筋也增大甚至超筋，造成浪费；墙肢的过少，则结构的抗侧向刚度偏小，水平地震作用下位移过大，不能满足正常使用。调整墙肢的数量及大小，使结构的抗侧向刚度能满足水平位移要求，又不引起过大的内力。
2、采用合理的计算模型，从电算上进行加强
本楼位于所在地区抗震设防烈度7度（0.10g），设计地震分组第一组，场地建筑场地类别：Ⅱ类，房屋总高度小于80m，采用剪力墙结构，查《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）结构的抗震等级为三级。但由于上述的原因，地震作用通过楼板传给剪力墙的路径不直接，导致受力复杂，因此将缺失楼板区域的中部墙体的抗震等级提高一级，按照抗震等级为二级的剪力墙进行电算分析。对于一般的高层住宅，楼板的刚度很大，其基本符合刚性楼板的假定。本楼楼板缺失，使得刚性楼板假定不再完全适用，在内力分析时应考虑楼板弹性变形的影响。而SATWE提供了三种弹性楼板单元，分别为考虑楼板面内、面外刚度的弹性板6，仅考虑面外刚度的弹性板3以及只考虑楼板面内刚度的弹性膜，分析时在特殊构件定义里面将楼板缺失区域存在的楼板定义为弹性楼板6。本栋建筑的计算基本信息如表一、二、三所示。
表一 结构自振周期
振型 周期 转角（度） 平动系数
1 2.1495 129.67 0.99
2 2.0982 41.02 0.95
3 1.9150 13.41 0.06
4 0.6334 173.75 0.97
表二 结构在风荷载和地震作用下的弹性位移角
表三 结构底部地震剪力、地震倾覆力矩和地震剪力系数
3、采用合理的配筋，从构造上进行加强
（1）本楼标准层楼板缺失面积较多，为合理传递水平地震作用，楼板构造应加强。设计时除悬挑走廊外，楼板厚度均为120mm，楼电梯间板厚加强为150mm，配筋双层双向贯通设置，不采用普通楼板的分离式配筋。
（2）针对局部缺失区域中间部位的剪力墙，按照高规10.4节错层结构的墙体构造要求进行设计，墙体构造按照抗震二级墙体采用，水平和竖向分布钢筋配筋率按照0.5%設置，在底部加强区及以上一层墙设置约束边缘构件，上部区域按照错层结构的墙体构造边缘构件要求设计。
4、局部设计的几点考虑
4.1 本建筑的外框架与内筒间距较大，框架梁端在内筒处负弯矩较大，按常规做法此梁在筒内宜贯通，以平衡梁端的负弯矩，但建筑设在筒内的楼电梯间以及通风和水专业的管道井均使框架梁不能正常贯通，这样在筒体剪力墙上产生较大的平面外弯矩，为此采取以下措施：
（1）加大设于筒体墙内楼层处暗梁截面及配筋，形成加强环梁，通过此环梁，将作用于X向墙体上的平面外弯矩分别传递到Y向各墙上；
（2）与框架梁相交的墙体节点处均设置暗柱，并通过计算配置暗柱内的纵筋和箍筋；
（3）因剪力墙较厚，增加梁端凸出部分，以便提高梁端在抗震时的锚固。
4.2 为减小框架梁的荷载以便减小梁的截面高度，本建筑的次梁均沿Y向布置，这样就加大了次梁的跨度，为控制次梁的挠度和裂缝，在结构布置时尽量将次梁在筒体内贯通，形成三跨连续梁，并通过计算配置梁下部纵筋，满足正常使用的要求。
4.3 在设计计算过程中发现，X向轴，轴与剪力墙相交的框架梁，因在同一平面内的剪力墙刚度相对很大，在地震力作用下，与剪力墙相交部位的梁端配筋均超筋，为解决此问题，设计中采取两条途径分别计算：
①在不考虑地震作用时，梁与剪力墙相交处按固结考虑，计算后按结果配置梁端负筋；
②在考虑地震作用时，假设梁与剪力墙相交处出现塑性铰，计算后按结果配置梁跨中正筋。这样既能满足正常使用时的强度要求，又能保证地震作用下的安全。
5、关于设计的几点体会
（1）按规范要求，框架剪力墙结构的筒体宜设边框梁与边框柱，框架梁在筒内宜贯通，以便加强整体刚度，承受平面外弯矩。本建筑由于方案是香港的建筑事务所设计，港方坚持不设边框梁与边框柱和框架梁在筒体内不贯通的方案。为保证结构安全，特别是在地震作用下，建筑结构具备必要的抗震承载能力，良好的变形能力，对可能出现的薄弱部位，在设计中采取了一些有利的措施，从而弥补了方案的缺陷。
（2）本建筑的次梁均沿Y向布置，且梁高受到限制，经计算，为达到规范要求的挠度和裂缝要求，须配置一定数量的纵筋，以便提高梁的刚度，这样做不仅增加造价，而且要求梁上不宜再有较大的集中荷载。所以在今后的设计中，若楼层允许的情况下，用横向框架方案，次梁沿X向布置综合考虑更合适。
（3）设计本楼时为了满足嵌固要求，地下室中上部落下的墙体变厚加长，并增加了相当数量的墙体，虽然对于本栋建筑这些是有利的加强措施，但如果对于一般的建筑也要求采取这样的措施，似乎过于严格，经济性上也差了很多。
6、结论
随着人们生活的越来越好和城市化现象的突出，城市建筑越来越高，而高层建筑由于其对结构刚度等各方面要求都很高，所以其设计比一般建筑要复杂。本文以某地区的某高层建筑为例，对高层建筑结构的设计以及出现的问题进行了分析，并提出相应的解决方案，以便相关设计人士提供参考依据。