1、1某高层住宅结构优化设计和注意要点摘要本文对某高层住宅的选型阐述剪力墙结构的抗震性能的优越性。在不降低结构安全度的情况下，如何对剪力墙进行合理布置、优化设计及设计注意要点，剪力墙具有很好的延性和抗震耗能能力，且用钢量较低。采用相关的实例进行说明，对高层住宅设计具有广泛的适应性和现实指导意义。 关键词 高层住宅；结构选型；优化设计；抗震性能；注意要点 中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号： 1 概述 某高层住宅小区楼盘，共 30 万 m，属于一级工程。2010 年设计，共有 20 栋高层住宅主楼，有 18 层32 层。人、车完全分流，地下车库为 1 层连通的，并有设备用房和部分设
2、有人防地下室。 本人独立完成了里面 8 栋住宅，为剪力墙结构或框架剪力墙结构。现选取已建的其中一栋 26 层的典型高层住宅设计实例。分别阐述其结构选型及设计要点、优化设计措施、注意要点。选取的一栋高层 26 层，位于 7 度区，建筑高度为 79.5m，地下室深 5.4m。首层层高 4.5m，其它层高 3.0m，每层均为住宅。 2 结构体系选型及布置要点 2由于剪力墙具有自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在地震区 15 层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的。剪力墙布置要点： （1） 剪力墙应遵循对称、均匀、周边、拐角等,强周边弱中部原则进行合理布置；
3、 （2） 100m 以下的高层住宅一般剪力墙的墙肢长度：墙厚=8:110:1左右即可； （3） 为了保证剪力墙的延性，较长剪力墙宜开洞，将其分成长度均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接。墙肢截面高度不宜大于8m；。 （4） 尽量采用少量短肢，一字型剪力墙。宜沿主轴方向或其他方向双向布置； 3 结构设计要点 根据此工程的建筑高度和使用功能，故采用剪力墙结构是经济且抗震性能好的。由于地下室地下车库的车道有穿过高层主楼底部，少量剪力墙的墙肢长度受到了限制，这不影响剪力墙的优越性。 在满足地下车库车道功能的前提下，对落地剪力墙尽量进行大开间布置，主楼标准层结构如图 1 所示的剪力墙结构体系。结构抗
4、震等级为二级。 建筑平面呈细腰型，按抗震规范应判断为“平面一般不规则”结构，占有两项平面不规则指标，因此应严格控制结构竖向不规则指标，避免3其成为复杂超限高层结构。对楼面刚度最薄弱部位的楼、电梯井“细腰”周围（图 1 阴影部分）均设置了局部 150mm 厚楼板，双层双向拉通钢筋予以加强；对少量墙肢长度受到限制的短肢剪力墙（墙肢长度：墙厚8:1）和一字型剪力墙按规范要求给予加强。 整体计算的结构振动特性及抗震性能的指标见表 1,2。各指标满足高规及抗震规范。地震作用下最大层间位移角为 1/1221(X 向)，1/1406（Y向） ，均小于高规的限值 1/1000。 表 1 结构振动特性指标（取前
5、三个周期） 表 2 结构抗震性能指标 4 优化设计措施 （1）减轻荷载：外墙及分户墙采用 200mm 厚蒸压加气混凝土砌块，内墙采用 100mm 厚蒸压加气混凝土砌块；控制楼面装修荷载； （2）控制楼板厚度，减轻自重。 （3）在施工条件允许范围内提高剪力墙及柱的混凝土强度，可以减小截面尺寸。 （4）尽量采用新工艺，新材料。本工程主筋采用及钢，fy=300KN/。板筋采用冷轧带肋钢筋焊接网，fy=360KN/。实际工程中，如果条件允许梁钢筋可以使用新级钢，强度 fy=360KN/，这样可4以减少梁钢筋量。 （5）优化平面布置，优化构造大样，尽量减少次要构件的钢筋用量。本工程的预期用钢量 6065
6、kg/,实际 0.00 标高以上用钢量57.5kg/，较满意。 因此对于层数高于 15 层高度小于 100m 的住宅，可采用本例的剪力墙结构体系，并应对剪力墙进行合理布置及延性设计，使剪力墙的用钢量更省。 5 设计注意要点 1. 剪力墙在自身平面外的稳定性是剪力墙设计中的重要问题之一，也是结构工程师难以准确理解和掌握的设计问题之一。在设计中，边界条件规则的剪力墙稳定性验算，一般可由结构计算程序完成，对于边界不规则的剪力墙，则主要依靠结构工程师从概念上采取措施加强其稳定性，并根据实际情况进行稳定性计算。现列举剪力墙平面外稳定性计算注意要点： （1）一般剪力墙厚度的确定是根据高规规范 7.2.2
7、条 13 条确定，有时受建筑的影响当墙厚不能满足本条 1、2、3 款时，应按本规程的附录 D 计算墙体稳定性。但有时实际剪力墙与附录 D 计算墙体稳定性存在差异。如对于跨层剪力墙，h 应取墙所跨楼层的层高之和； （2）对于一字形剪力墙，不管墙高和墙长的相对大小如何，墙厚总是应按高厚比限值确定，墙计算长度总等于墙高； （3）当在室内地面处不做结构板时，剪力墙缺乏有效的面外支撑，5剪力墙应按面外跨层考虑。墙高应取所跨层数的层高之和。 （4）在结构设计当中，楼梯间是便于布置剪力墙的部位。有时楼梯边某些楼层开洞，没有楼板支撑，其稳定性很难保证。设计中，可将两侧斜梯板的水平分部筋按受拉筋的要求锚入墙内，
8、利用斜梯板对墙提供支撑。 (5)高层建筑电梯间布置，如图 1 墙 1 一侧为室外，有时是三个电梯井墙比较长比较高时，若墙 1 室外没有楼板支撑，这时我们要注意墙的稳定性。电梯井分隔处最好采用剪力墙，这样墙的稳定性容易保证。 2. 剪力墙本身延性好，但短肢和一字剪力墙抗震性能差，故应按高规进行加强； 3. 注意剪力墙的延性设计：(1)强墙肢，弱连梁；(2)强剪弱弯；（3）限制剪压比；（4）限制墙肢轴压比。 4. 对于扭转不规则的高层结构，应重视调整结构布置，随着扭转变形不规则指标突破程度的增大，地震作用下层间最大水平位移角限制应适当的加严，以减小扭转不规则的不利影响，保证结构具有相应的抗震性能。
9、 6 结论 在满足建筑功能的前提下，对高层住宅进行适当的结构选型是非常重要的。在不降低结构安全度的前提下，对结构进行优化也是很有必要的。实践表明，15 层以上 100m 以下的高层采用剪力墙或框架剪力墙结构体系抗震性能好。在各国的历次震害中，剪力墙震害很少发生。地震区剪力墙除保证有足够的承载力外，还要保证有足够的延性，以提高整6个结构的耗能能力，改善结构抗震性能。 在建筑设计初期，结构设计人员就应该与建造师密切配合，根据结构概念知识初步确定剪力墙布置，调整整体建筑方案中不合理的体系与布局，避免不规则或严重不规则平、立面布置。结构优化往往是各专业密切配合、充分沟通、并综合各方面要求，经方案比较后形成一个优化的结构布置。一个好的优化布置对结构造价起决定作用，在加上后期的精心设计即可得到一个较优秀的设计方案。 结构设计人员应该在确保结构安全和满足建筑使用功能的前提下，将有限的材料和资源用到充分发挥作用关键部位，在不降低安全度的情况下优化结构设计，做到技术可行，施工可行，经济合理。 参考文献 1）高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ32002） 2）建筑抗震设计规范（GB500112001） （2008 版）
