浅谈新时期下高层住宅建筑结构设计技术

罗滨

摘要：高层建筑结构设计需要扎实的理论知识功底和严谨负责的工作态度。随着高层建筑的快速发展，本文结合自己多年来的工作经验，就高层建筑结构设计的相关问题进行简要的阐述和分析，供大家参考借鉴。

关键词：新时期；高层住宅建筑；结构设计

Abstract: the designing high-rise need solid theoretical knowledge foundation of basic skills and rigorous responsible for working attitude. With the rapid development of the high-rise building, this paper, based on his years of work experience, and high building structure design of the related problems of brief explained and analyzed, for everybody for reference.

Key words: the new period. High-rise residential buildings; Structure design

中图分类号： TU318 文献标识码：A 文章编号：

引言

在建筑结构设计中，当建筑方案产生后，结构从选型和布置开始就存在优化与否的问题，再加上后续每一道工序的精心设计、准确计算、合理选用等全过程的优化设计才能产生优化的结构。

一、工程概述

本工程项目总建筑面积为22847.81m2，地下一层，地上十五层。一层层高为4.5m，二层层高为3.9m，三层层高为2.4m，4～15层层高3.0m，框架剪力墙结构，现浇楼板。该工程建筑结构安全等级二级，建筑物抗震设防类别为丙类，设计使用期限为50年。

二、工程地质及基础设计

2.1工程地质

根据地质报告，场地地层类型自上往下分述如下：

①层粉质粘土，②层淤泥，③层淤泥质土，③-1层粉砂、③-2粉质粘土，④层为粉砂，④-1层粉土，⑤层粉质粘土，⑤-1层为粉土，⑤-2层为粘土，⑥层为粉砂、⑥-1层为粉质粘土，⑥-2层为中砂层，⑦层卵石，⑦-1层为圆砾，⑦-2层为卵石。

本场地地震基本烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计分组为第一组，场地土类别为中软土，建筑场地类别属于Ⅲ类。拟建场地地面下20m深度范围内分布的粉质粘土，淤泥，淤泥质土，根据测试资料分析，在6度地震条件下不会产生液化和震陷现象。地基基础设计等级为乙级。

2.2基础选型

±0.000相当于绝对标高4.850。地下室底板厚度为400mm，地下室顶板厚度为160mm(消防车通道为180mm)，地下室外墙厚度为300mm，地下室坡道板厚度为200mm。地下室基础，底板，侧壁混凝土等级为C30，地下室混凝土抗渗等级不低于P6。地下室基础梁均断面为400×900。地下室底板板顶标高为-4.550(相对标高)。

为解决结构超长和主楼、裙楼之间沉降差的问题，地下室在一层地下室和裙楼之间设置了沉降后浇带和收缩后浇带。

根据计算轴力结果，选用机械钻孔灌注桩，机械钻孔灌注桩桩径 600、 700。桩型组合施工方便主次分明，协调沉降，经济节省。桩需满足设计桩长要求，端承摩擦桩除满足桩长要求外，尚应满足桩端全截面进入持力层第⑦层中卵石层深度大于1.8m。用于高层的桩的桩顶标高为-6.050，用于一层地下室及裙房的桩的桩顶标高为-5.450，均为相对标高。

为了使基础地梁受力合理，减小地梁内力，布桩时遵循上下对准，总体平衡的原则。桩尽可能布置在柱和剪力墙就近范围内，除满足总体桩位形心与上部结构重心尽量重合外，各墙、柱下局部桩数的桩位形心也和上部荷载重心平衡。对该工程作地基变形计算，计算结果附合规范要求。

2.3底板下的压实碎石层

地下室底板的素混凝土垫层下，设置300～400的碎石压实垫层，一方面增大建筑物底部的摩阻力，另一方面满足施工操作面的要求。

2.4基坑边坡支护

根据邻近建筑物和周边环境选择合理的支护方案。本工程支护方式可采用柱列式灌注桩支护。

三、结构设计

3.1抗震设防标准

本工程为一般住宅工程，属丙类建筑，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010备案号J186—2010)的要求，本工程抗震设防烈度为Ⅵ度，框架抗震等级为四级，剪力墙抗震等级为三级。

3.2结构规则性的确定

由于结构平面凹进的一侧尺寸，小于相应方向总尺寸的3O％，结构平面凹进最大的地方如Y方向5轴和6轴处，水平凹槽为5.3m，相应投影方向总尺寸为22.8m，开口仅23.2％，属于凹凸规则结构；在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度大于5m，开洞后洞口一边的楼板最小净宽度小于2m，如Y方向5、6轴之间洞口一侧的楼板宽度仅为1.84m，为了满足结构局部尺寸的相关规范的要求，在宽度较小的开洞一侧增加宽度为600mm的悬挑板；经计算，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向的最大水平位移和层间位移，大于该楼层平均平均值的1.2倍，考虑双向地震扭转效应。综上所述，本高层属于平面不规则类型。

3.3各楼层结构布置

本工程剪力墙底部加强区为300mm，标准层为200mm、240mm。地下室至五层柱、墙混凝土强度等级为C35，梁、板混凝土强度等级为C30；五至十层墙、柱混凝土强度等级为C30，梁板混凝土强度等级为C25；十层以上梁、板、柱、墙混凝土强度等级均为C25。根据《高层建筑混凝土结构技术规秘4．5．5条和4．8．6条。二层裙房楼板厚为120mm，三层为裙房和高层交界处楼板厚为140mm，四层除客厅外楼板板厚为120mm，各楼层客厅板厚140mm，标准层除客厅处楼板板厚为100mm，屋顶层除客厅位置外楼板厚为120mm。

3.4荷载

根据使用功能及建筑设计要求，主要荷载如下：

按5O年重现期取值为O.60kN/m2；地面粗糙度B类。

雪荷载：0.35kN/m2。

汽车库，自行车库：4.0kN/m2。

商店：3.5kN/m2。

消防车道：20.OkN/m2。

风机房，电梯机房：7.0kN/m2。

储藏室：5.OkN/m2。

变配电房：10.0kN/m2。

公共卫生间：8.OkN/m2。

卧室：2.OkN/m2。

餐厅、起居室：2.0kN/m2。

阳台、走廊：2.5kN/m2。

卫生间：2.0kN/m2。

楼梯：3.5kN/m2。

厨房：2.0kN/m2。

不上人屋面：0.5kN/m2。

上人屋面：2.0kN/m2。

填充墙荷载标准值(以下数值为最大限值)：kN/m2。

部位 外墙(包括粉刷) 240隔墙(包括粉刷) 140隔墙(包括粉刷)

标准值 4.5 2.6 1.8

3.5结构电算

本工程采用中国建筑科学研究院开发设计的程序空间组合结构有限元分析软件SATWE(2010版)进行计算，计算数据及电算结果如下：

3.5.1主要计算数据

地震烈度：Ⅵ度设防；

场地类别：Ⅲ类；

设计地震分组：第一组；

地震作用埏耦连计算。

3.5.2电算结果

(1)结构自振周期(单位：s)

T1=1.4602T2=1.4182Tt=1.2777T/TI=0.875

(2)位移

(3)剪重比和有效质量系数

楼层最大层间位移角 最大水平位移和层间位移与相应楼层平均值的比值

X方向 Y方向 X方向 Y方向

地震作用 1/2833 1/2981 1.21 1.17

偶然偏心地震作用 1/2598 1/2609 1.30 1.40

风荷载作用 1/2233 1/2382 1.29 1.10

(4)刚重比

剪重比(％) 有效质量系数(％)

X方向 Y方向 X方向 Y方向

1.10 1.15 99.50 99.01

X向刚重比：EJd/GH×2=7.25

Y向刚重比：Ejd/GH×2=7.60

该结构刚重比Ejd/GH×2大于1.4，能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算。

该结构刚重比Ejd/GH×2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。

(5)结构底层轴压比最大为0.88。

计算结果表明各指标都较好地满足规范要求

四、结束语

本工程因结构布置规整，刚心与质心偏心率很小，整体刚度较大，故采用加设梁板的方法是可行的。经SATWE程序的具体计算结果以及数据分析，表明其传力途径明确，能满足本工程抗震设防的基本要求和各项控制指标的要求，结构体系较为合理。在其它工程实际中若遇到这种深开口的情况，应尽量以建筑平面调整为原则。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。