1、浅谈高层住宅上部结构设计常见问题摘要：本文根据本人几年来结构设计实践，并结合工程实例，对高层结构设计中的常遇问题，解决方法及措施进行了探讨分析。关键词：高层建筑；剪力墙结构；结构设计 当今，高层建筑尤如雨后春笋。在设计过程中，使结构既合理，又经济节省已越来越得到关注。从目前的设计中，大多数设计人员在电算过程中，往往仅对个别超限构件、超限信息进行调整。而对整个结构方案是否完善，是否充分利用构件，是否会产生不必要的浪费，则没有太多详细考虑。现以公共建筑楼作为例子，对高层住宅结构设计中常见问题及措施进行探讨。 一、 工程概况： 某公共建筑楼位于广东省佛山市三水区。地下一层为人防地下室，地上部分为 1
2、5 层办公楼。主体结构为框架剪力墙结构，无转换，抗震设防烈度为六度，基本风压为 0.50KN/m2，体型系数取 1.4。建筑总高度58.4m，框架、剪力墙抗震等级为三级。场地类别为 II 类，地面粗糙度为 C 类。 二、 概念设计： 所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难从作出精确力学分析或在规范中难以规定的问题中，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。 概念设计具体到工程设计中的主要措施有如下方面。 （1）布置剪力墙时，在结构平面上尽量使 X 向和 Y 向抗侧刚度接近，整体结构的形心和刚心尽可能重合，使结构在两个主轴方向的动力特性宜接近。 （2）剪力墙不宜过多
3、过长以免刚度过大，以满足轴压比并尽可能接近最小轴压比要求为标准。 （3）在梁系布置上，应力求受力明确，传力路径简捷，避免梁系为多重搭接传力。 （4）在竖向布置上也要力求均匀，避免少数楼层出现薄弱部位，应使结构整体形成均匀的抗侧力结构体系。 三、总体指标控制 1、 位移比 位移比，即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。对于位移比超限，首先应参考其他整体指标如层间位移角、周期等，以及参看结构整体空间振动简图、各层配筋构件编号简图。如果抗侧刚度很大，可考虑减小相应部位的刚度；如果抗侧刚度较小，可考虑增加相应部位的刚度。增加刚度可采取的方法有：调整最大位移发生处的梁尺寸，或最大位移发生处的
4、墙肢长度或厚度，以增加该处的刚度，减小位移。本工程为广东项目，当层间位移很小时，位移比可适当放宽。 2.周期比： 周期比即结构扭转为主的第一自振周期（也称第一扭振周期）Tt 与平动为主的第一自振周期（也称第一侧振周期）T1 的比值。周期比主要控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，使结构的抗扭刚度不能太弱。 （1）人工按如下步骤验算周期比： a）根据各振型的两个平动系数和一个扭转系数（三者之和等于 1）判别各振型分别是扭转为主的振型（也称扭振振型）还是平动为主的振型（也称侧振振型） ； b）周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期 Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期 T1；
5、 c）计算 Tt / T1，看是否超过 0.9（0.85） 。 对于多塔结构周期比，不能直接按上面的方法验算，这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算（注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个结构） 。 （2）对于刚度均匀的结构，在考虑扭转耦连计算时，一般来说前两个或几个振型为其主振型，但对于刚度不均匀的复杂结构，上述规律不一定存在。 （3）振型分解反应谱法分析计算周期，地震力时，还应注意两个问题，即计算模型的选择与振型数的确定。 （4）一旦出现周期比不满足要求的情况，调整原则是要加强结构外圈，或者削弱内筒。 （5）扭转周期控制及调整难度较大，要查出问题关键所在，采取
6、相应措施，才能有效解决问题。 a）扭转周期大小只与楼层抗扭刚度有关； b）剪力墙全部按照同一主轴两向正交布置时，较易满足；周边墙与核心筒墙成斜交布置时要注意检查是否满足； c）当不满足周期限制时，若层位移角控制潜力较大，宜减小结构竖向构件刚度，增大平动周期； d）当不满足周期限制时，且层位移角控制潜力不大，应检查是否存在扭转刚度特别小的层，若存在应加强该层的抗扭刚度； e）当不满足扭转周期限制，且层位移角控制潜力不大，各层抗扭刚度无突变，说明核心筒平面尺度与结构总高度之比偏小，应加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墙厚，增大核心筒的抗扭刚度。 3 刚度比 刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值，
7、对于地下室结构顶板能否作为嵌固端，转换层上、下结构刚度能否满足要求，及薄弱层的判断，均以层刚度比作为依据。 调整要点： （1）要求在刚性楼板假定条件下计算。对于有弹性板或板厚为零的工程，应计算两次，在刚性楼板假定条件下计算层刚度比并找出薄弱层，然后在真实条件下完成其它结构计算。 （2）根据刚度比的计算结果或层间剪力的大小判定薄弱层，并乘以放大系数，以保证结构安全。 4.刚重比 结构的侧向刚度与重力荷载设计值之比称为刚重比。它是影响重力二阶效应的主要参数，且重力二阶效应随着结构刚重比的降低呈双曲线关系增加。高层建筑在风荷载或水平地震作用下，若重力二阶效应过大则会引起结构的失稳倒塌，故控制好结构的
8、刚重比，则可以控制结构不失去稳定。 5、剪重比： 剪重比即最小地震剪力系数 ，主要是控制各楼层最小地震剪力，尤其是对于基本周期大于 3.5S 的结构，以及存在薄弱层的结构，出于对结构安全的考虑。 对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力应增大 1.15 倍；对于一般高层建筑而言，结构剪重比底层为最小，顶层最大，故实际工程中，结构剪重比由底层控制，由下到上，哪层的地震剪力不够，就放大哪层的设计地震内力；若剪重比过小，均为构造配筋，说明底部剪力过小，要对构件截面大小、周期折减等进行检查；若剪重比过大，说明底部剪力很大，也应检查结构模型，参数设置是否正确或结构布置是否太刚。 6、轴压比 轴压比指考虑
9、地震作用组合的框架柱和框支柱轴向力设计值 N 与柱全截面积 A 和混凝土轴心抗压强度设计值 fc 乘积之比。它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一，为了使柱墙具有很好的延性和耗能能力，规范采取的措施之一就是限制轴压比。 总之，高层住宅的剪力墙结构设计应坚持概念设计，以承载力、刚度和延性为主导目标，实施多道防线、刚柔结合的基本理念。只有这样才能真正设计出安全合理、经济的结构。 参考文献 1 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ32002 ，中国建筑工业出版社 2002 年出版 2 建筑抗震设计规范 GB50011-2010中国建筑工业出版社出版 3 广东省实施（JGJ 32002）补充规定 4 高层建筑结构概念设计高立人、方鄂华、钱稼如 著，中国计划出版社 2005 年出版 5 建筑结构设计常见及疑难问题解析徐建 著，中国建筑工业出版社 2007 出版。
