高层住宅建筑结构体系选型和设计探索体会

高层住宅建筑结构体系选型和设计探索体会

汪世界

浙江绿筑集成科技有限公司上海分公司上海201199

摘要：结构体系选型与设计是高层住宅建筑的重要内容，结构体系设计不仅决定高层住宅建筑的外观，也对高层住宅建筑是否能够有效发挥其功能具有重要影响。高层住宅建筑结构体系包括剪力墙体系、筒体结构以及框剪结构三种，设计过程中需要根据具体情况选择设计结构。本文以某高层住宅建筑为例，对高层建筑结构设计及选型进行了详细分析。

关键词：高层住宅建筑；结构选型；结构设计

与普通建筑相比，高层住宅建筑的高度较高，承受着来自于外界水平方向和垂直方面的荷载，这对建筑抵抗地震的能力也提出了更高的要求。一般建筑受到的水平方向荷载影响较弱，但是高层住宅建筑中，水平方向的荷载是主要影响因素。随着建筑物的高度增加，加快了高层建筑的位移，影响到建筑的舒适度及使用情况。因此，在建筑设计过程中，需要将建筑水平位移控制在一定的范围内，通过设计抗侧结构，增强建筑对外界影响因素的抵抗能力。

1高层建筑结构体系

1.1剪力墙结构体系

剪力墙结构体系指的是建筑物的内外墙设计为剪力墙，以此来承担建筑负荷。剪力墙会受到开洞情况的影响而发生变形。剪力墙可以根据其受力特点的不同而分为特殊开洞墙和单肢墙。剪力墙类型不同，其截面应力的分布特点也存在不同之处，因此，在高层住宅建筑结构设计中，除了需要计算位移及内力情况外，还要对剪力墙结构进行计算。一般在实际工程建筑中，特殊开洞墙应用比较广泛。

1.2筒体结构体系

筒体结构体系一般可以分为筒中筒和框架-核心筒两种类型，其中框架-核心筒结构的受力特点是框架与筒体分别承受水平及竖直方向的荷载，抗侧刚度性能比较好。一般筒体结构的计算方法为三维空间法，精确度比较高。

1.3框架-剪力墙结构体系

该结构是由框架与剪力墙组合而成的，其优点是具有较多的位移及内力设计防范方式，既能为建筑提供较大的使用空间，又有较大的侧向刚度，可应用于多种使用功能的高层住宅建筑。因为建筑功能的要求，剪力墙的布置往往受到一定的限制，剪力墙的多少，直接决定在规定水平力作用下结构底部框架部分承担的倾覆力矩。根据承担比例不同，应按《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》采取不同的设计方法。

2高层住宅建筑结构体系的选型

2.1从横向方向考虑的结构体系选型

高层建筑的体系选型由于所处地区的地理形势不同而不同。在地震发生频率较小的区域，一般建筑的水平荷载主要是风荷载，因此，该区域建筑结构体系类型的选择应该以抗风能力为依据，尽量选择风压体型系数较小的结构，例如圆形、椭圆形、流线型结构等。在设计高层住宅建筑平面图时，要采用均匀分布的形式，以此来减轻建筑结构受风荷载影响的程度。

2.2从纵向方向考虑的结构体系选型

对各种层次的高层住宅建筑而言，其横向和纵向结构体系设计所参照的设计原理是一致的，但在具体的设计过程中，还是有些结构需要参考不同的依据。随着建筑高度的加大，建筑体的纵向结构体系逐渐成为整个施工过程控制的重要因素，纵向载荷越大，则支柱、墙体、井筒等必须也要随之加大，并且侧向力对建筑体产生的剪切变形和横向力矩也变得较大，因此在对其结构体系设计时必须要参考多方面的因素。

3高层住宅建筑结构设计

3.1确定水平荷载

高层建筑设计虽然受竖向荷载较多，但是随着建筑高度不断增加，水平荷载对建筑结构的影响也在不断提高。由于风产生的垂直荷载和水平荷载是所有建筑都会承受的，并且所有的建筑都应该具备一定的抗震能力。因此，在高层建筑结构设计中，要充分考虑到水平荷载对建筑结构的影响，并且对建筑水平荷载进行合理的分析。

3.2确定建筑的侧控能力

随着建筑物楼层的增加，建筑结构的侧移情况也会越来越严重。因此，在设计高层住宅建筑结构时，要增加结构的强度，以此来保证高层住宅建筑结构的荷载能力。此外，高层住宅建筑的抗侧刚度也要有所提升，如此才能有效控制水平荷载对建筑物的影响。

3.3合理设计结构延性

相较于低层建筑，高层住宅建筑结构具有较强的柔性，这种特性在地震作用下的表现更为明显。高层住宅建筑及时处于塑性变形阶段，其仍然具有较强的变形能力，这就表明高层住宅建筑延性能够有效防止建筑倒塌现象的发生。因此，高层住宅建筑的设计应该充分考虑对延性的设计。

4实例分析

4.1工程概况

某建筑单位拟建设2栋33层的高层住宅主楼，其中建筑高度均为100.2m。地下1层为连通汽车库及设备用房的地下室；主楼地面1层为商铺，层高为3.6m；2层～33层为住宅层，层高3.0m。建筑要求用钢量（±0.00以上）要小于70kg/m2，允许首层商铺内部、结构周边、拐角设置一些落地的钢筋混凝土剪力墙，地下1层车库的双车环道不穿过高层主楼底部。

4.2建筑结构体系的设计

建筑结构的设计在符合地下车库及1层商铺的建筑要求下，遵循均匀、对称、周边、拐角的原则，在结构的各个部位合理设置剪力墙。1～6层框架柱及剪力墙采用C55混凝土，向上依次降低：C50（6～11层）→C45（11～19层）→C35（19～29）→C25层（29以上层）；控制框架柱（中柱）轴压比，减小底层柱截面尺寸（底层柱截面尺寸最小为600×600，最大为800×800），并向上依次减小方柱截面尺寸：600×600（9～26层）→500×500、450×450（26层以上），减少短柱加密箍柱段。

整体计算结构的振动特性及抗震性能的指标见表1，表2。地震作用下最大层间位移角为1/2063（X向），1/2325（Y向），均小于高规的限值1/800。

建筑平面呈细腰形，按抗震规范应判定为“平面一般不规则”结构。因此，应严格控制结构的竖向及其他平面不规则指标，避免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”周围均设置了局部120mm厚楼板，双层双向拉通配筋予以加强。

结束语

随着我国城市建设用地日趋紧张，城市居民住宅必然会向中高层方向发展，未来城市必然会以高层住宅建筑为主，因此，对高层住宅进行相关的探讨有着重大的社会意义。建筑单位应该对高层住宅建筑结构体系进行多分析、多研究、多总结，达到集思广益的效果，提高高层住宅建筑的安全与质量，推动我国建筑行业进一步的发展。

参考文献：

[1]飞虹.高层建筑结构设计及结构选型问题分析[J].四川水泥，2016，12：329.

[2]刘阿强.高层建筑结构选型及设计[J].门窗，2016，11：128-129.