某高层商住楼结构设计分析

ｄ团圈Ｊ圜ｉ　建筑结构　

某部分框支剪力墙高层住宅结构设计分析　

吉晓辉刘大虎李墨　

中机十院国际工程有限公司　

１、工程概况　摘要：本文以河南省南阳市玫瑰园（二期）１６号楼为研究对象，就其结构设计时遇到的若干问题进行了阐述，谨供大家作参考之用。　

关键词：高层商住楼设计标准抗震分析抗震构造措施　

该工程位于南阳市卧龙路以南，中达路以北，三里河以西；为一类高层商　

住楼；地下室建筑为一层，地上３２层，地下一层层高为５．４Ｏ米，１－３层层高为　

５．１Ｏ米（商业），４层以上层高为２．９０米（住宅），５０３８３．９３　，结构总高度９９．４０ｍ，　

结构形式为部分框支剪力墙结构。　

２、结构设计与分析简化　

２１建筑分类等级　

本丁程主体结构设计使用年限为５０年；依据《建筑结构可靠度设计统一　

标准》确定本工程结构安全等级为二级，结构重要性系数１．０；依据《建筑地基　

基础设计规范》确定本工程地基基础设计等级为甲级；依据《建筑工程抗震设　

防分类标准》确定本工程结构抗震设防类别为丙类。　

２．２基础设计（经多方案分析比较）　

依据地质报告，本工程地基土层分布情况如下：１）第１层素填土，黄褐色，　

湿，松散状．属高压缩性。２）第２层粉土，黄褐或褐黄色，湿，呈中密状，属中压　

缩性，不具湿陷性，承载力特征值为ｆａｋ＝１２ＯＫＰａ。压缩模量５．１１ＭＰａ，属中等压　

缩性土。３）第３层细砂，褐黄或黄色，湿或饱水，多呈松散状，局部为稍密状，承　

载力特征值为ｆａｋ＝１１０ＫＰａ。压缩模量５．２２ＭＰａ，属中等压缩性土。４）第４层粗　

砂，褐黄或黄色，湿一饱水，松散一稍密状，承载力特征值为ｆａｋ＝１６０ＫＰａ。压缩模　

量１１．２７ＭＰａ，属中等压缩性土。５）第５层淤泥质粉质粘土，褐黄或黄色，湿一饱　

水，松散一稍密状，承载力特征值为￣ｋ＝１２０ＫＰａ。压缩模量５．０１ＭＰａ，属中等压　

缩性土。６）第６层粉质粘土，褐黄色或灰黄色，湿，呈可塑一硬塑状，承载力特征　

高层建筑结构分析

一、高层建筑结构设计特点

1.水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，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，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

2.轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

3.侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

4.结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形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。

二、高层建筑的结构体系

1.框架-剪力墙体系。当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，往往需要在建筑平面的适当位置设置较大的剪力墙来代替部分框架，便形成了框架-剪力墙体系。在承受水平力时，框架和剪力墙通过有足够刚度的楼板和连梁组成协同工作的结构体系。在体系中框架体系主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平剪力。框架-剪力墙体系的位移曲线呈弯剪型。剪力墙的设置，增大了结构的侧向刚度，使建筑物的水平位移减小，同时框架承受的水平剪力显著降低且内力沿竖向的分布趋于均匀，所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

某高层商住楼厚板转换层的结构设计

以工程实例，介绍厚板转换层结构的设计方法和施工方法。

标签：厚板转换层；分层浇筑；叠合成型

1 工程概况

工程位于长沙市五一大道芙蓉广场附近，其中商住楼是该项目四栋一类高层建筑群中的一栋。

商住楼地下3层，地上32层。1～2层为大空间商铺，一层层高5.2m,二层层高5.9m，为部分框支剪力墙结构；3～32层为住宅，三层层高3.3m, 四层及以上层高2.9m，为剪力墙结构。建筑总高度为98.4m。

工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为6度，抗震设防类别为标

准设防类，设计地震分组为第二组，设计基本加速度值为0.05g，基本风压按100年一遇0.40kN/ m2取值。

基础采用大直径人工挖孔灌注桩，桩端持力层为强风化泥质粉砂岩。基础埋深11.2m。

因上部住宅的剪力墙轴网与下部商铺的柱网轴网难以对齐，故设计在三层楼板面采用厚板转换层的结构形式，板厚1600mm, 板面标高为11.1m。

2 结构整体设计

商住楼在地面以上设缝与其它三栋高层建筑脱开，成为独立的结构单元；一层的地下室顶板作为上部结构的嵌固层位置，一层的楼板厚度为180mm。

地面以上的填充墙体均采用轻质加气砼砌块，以减少建筑物总重量及上部结构传到转换层厚板上的竖向荷载。

在满足建筑功能的前提下，使上部剪力墙尽量落地并增加转换层下部剪力墙的数量，增强转换层下部刚度。结构布置尽量均匀，使刚心和质心接近，减小结构的扭转。

工程结构的整体计算采用SATWE软件，并采用PMSAP软件进行设计校核。

商住楼转换层下层和上层的柱墙结构平面布置图分别见图1和图2。

计算结果表明，工程的主要技术指标均满足设计规范要求。

3 转换层厚板的结构设计

3.1 转换层厚板的设计计算：

转换层厚板按SATWE整体计算时所划分的主要交叉梁系的剪力和弯矩设计值进行截面计算并运用厚板有限元分析软件进行计算校核。

转换层厚板砼强度等级C40，钢筋采用HRB400级，板厚1600mm；在厚板转换层下部框支柱和剪力墙之间位置设置800mm宽的暗梁，在转换层上部剪力墙之下的位置设置600mm宽的暗梁。

高层商住楼结构设计中的优化措施分析探讨　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　Ｔａｌｌ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　易宏志Ｙｉ　Ｈｏｎｇｚｈ　摘要：采用钢筋混凝土剪力墙结构的高层商住楼　Ｂ成为城市主要的建筑结构类型，如何实现其结构　优化，实现　济节能的设计目标越发受到业界的关　注和重视　本文根据笔者多年结构设计实践，详细　阐述了高层商住楼结构优化设计的方法与途径，并　结台工程实例．对高层商住楼结构优化设计进行Ｔ　具体说　论证　关键词：高层商住楼，剪力墙结构．结构设计；优　化设计，最怃比　中Ｉ鲁１分类　：　ｕ９７２　１１　丈献标　码：Ｂ　文嚣编譬：１００８—０４２２（２０１０）０６—０１５５—０２　１引言　随着社会经济的发展，全国各地兴建的高　层建筑特别是商住楼数量日益增多，在结构上　太多采用钢筋混凝土的框架剪力墙结构　当今　是　节约型”社会，建筑节能已成为全社会的　共识，因此，优化建筑结构设计，降低成本越　发受到业界的普遍关注和重视。　如何实现高层商住楼结构设计过程中的优　化．也成为广大设计师不断研究探讨的课题，　下面结合笔者实践经验，谈谈个人的看法，供　同行借鉴参考。　２优化高层商住楼结构设计的　方法与途径分析　２　１建筑结构优化设计的目标　国内外学者在建筑构件优化方面已经进行　过很多的研究工作　但到目前为止仍没有一个　满足各种结构设计规范条件、符合设计人员习　惯、尽可能接近最优解、能够适用于高层建筑　结构设计的成熟的数学模型。尽管如此，但有　个观点还是比较明确的，也是大多数学者所　赞同的　那就是：当结构的各个构件的内力都　达到最大承载力时，即可认为结构是最优的。　当然，要想各个构件都能如愿的在同一时　间发挥出所有潜能是很困难的，往往现实设计　中是不可能办到的　但是，设计者可以以此为　目标采优化设计，让设计尽可能的接近最忧解，　而达到保证质量的前提下的结构台理、降低　造价、节约投资的设计目标　２．２形状优化比尺寸优化更有意义　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，平面长度不宜过长，突出部分长度Ｊ不　宜过大，详见图１。Ｌ、等值宜满足表Ｉ的要求　高层建筑的坚向体型宜规则、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。相信大部分的结构工程师都曾　遇过类似情况．当一幢高层建筑的结构平面布　置和竖向布置简单、规则、均匀，那么其各项　指标的校核验算会很容易满足规范的要求，反　之，则需花一番苦功才能令各项指标勉强满足　规范要求。结果可能是墙柱截面尺寸大得惊人，　单位面积重量严重超标，不仅造价上去了，而　笔者认为，结构设计人员一定要注重概念　设计，在建筑方案阶段就应积极介＾，运用自　己的专业知识提出建议，在满足美观、适用的　前提下，尽可能使建筑结构的平面布置和竖向　布置简单、规则和均匀　这样来结构体系　就会具有合理的刚度和承载力分布，避免困局　部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力　集中或塑性变形集中　只有这样，到扩初设计　和施工图设计阶段的截面尺寸优化才会有实质　性的意义。　２，３剪力墙的平面布置　采用高层商住楼剪力墙结构设计和优化过　程中，主要应注意以下几点。　Ｉ】在结构平面布置中，在满足建筑功能的　基础上，剪力墙宜沿周边均匀、相对集中布置。　在建筑物的楼梯问、电梯间、平面形状变化及　恒载较大的部位宜布置剪力墙，其间距不宜过　。　２）剪力墙结构中．剪力墙宜沿主轴方向或　其他方向双向布置，抗震设计的剪力墙结构，　应避免仅单向有墙的结构布置形式　３）剪力墙墙肢截面宜简单、规则．剪力墙　结构的侧向刚度不宜过太。　４）设计中应注意尽量减少短肢剪力墙的数　量，不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。　２　４台理使用高强砼和高强钢筋　建筑的总造价包括上部结构的材料、基础　及施工等费用，构件的截面尺寸和用钢量对造　价的影响很大，设计中台理使用高强钢筋（如梁、　板筋采用三级钢）可有效降低用钢量，节约成本。　如果高层建筑位于深厚软弱地基上，由于　作用于地基上的荷载很大，合理使用高强砼和　高强钢筋优化构件截面尺寸，减轻结构自重，　将会降低基础施工的难度和造价，取得显著的　经济效果。同时，对于地震区的高楼，地震作　用的大小几乎与建筑自重戚正比，减轻自重能　够减小结构的地震荷载，有利于提高结构的安　全度。　笔者认为，在设计中合理的使用高强硷和　高强钢筋，能快速、有效的减少墙、柱、梁、　板等构件的截面尺寸，降低用钢量，减轻建筑　自重，最终达到降低造价的目的　３工程应用实例　３Ｉ工程概况　湖南某高层商住楼．剪力墙结构，地下２层．　地上２３层，总建筑面积２５６Ｏ０ｍ　，拄６度设　防考虑。嵌固端可取地下室顶板处，地下室层　高为３９ｍ，首层层高为７　１ｍ．２层层高为３　６ｍ，　其余各层层高均为２　９ｍ，优化前的住宅标准层　平面布置图（如图２所示）　３　２优化措施分析　１）分析图２，由文献…４．３３条可知．Ｉ／　Ｂ　＝７１Ｏ０／１８９００＝０３７６＞０　３５，规则性Ｙ０断　为平面不规则类型中的凹凸不规则，同时经初　步计算，在尽可能加长墙胺的情况下．即使首　层墙厚取４００ｍｍ，亦无法满足侧向刚度比的　要求．竖向不规则类型判断为侧向剐度不规则。　显然，本工程已有两项超出规则性的要求。需　按《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１　Ｉ－２ＯＯ８）中第　３４３条的要求进行水平地震作用计算和内力调　整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。　根据笔者以往的经验，若不优化平面形状，盲　目采取加强措施　甚至会对“控制成本．降低造价”造成致命的　打击。