高层住宅建筑结构设计浅议

方家俊

摘 要：随着城市发展的扩大，土地利用率越来越高，带来的建筑高度也不断增加，功能要求也更加人性化。笔者针对工作过程中所遇到的一些问题进行归纳总结，反思一些设计经验，与同行一起商榷以便共同进步。

关键字：高层建筑；结构设计；问题

随着我国建筑行业的快速发展，越多的功能使用要求对建筑结构安全性能提出了新的挑战。随着国家对抗震控制的加大，对人们生命财产安全的负责，建筑设计师在设计过程中需要不断积累经验，根据国家相关规定不断完善建筑抗震设防措施，为高层建筑的安全性能保驾护航。高层建筑结构设计已经随着行业的发展越发的成熟，但是为了追求更加完善，更加有效的结构安全设计措施，设计师在设计过程中不断努力，根据个人工作经验，凝结大家的智慧，进一步完善我国高层住宅结构安全，确保人们生命财产安全不受损害。

一、基础的探讨

基础应该要有一定的埋深，埋置深度是指从建筑外面的地坪开始测量到基础最底面，对单独的一栋高层建筑来讲，基础埋深比较容易计算，但复杂的高层建筑的地下车库都是与建筑本身是相互连接的，当地下车库基础采用筏板基础或设有防水底板的独立基础（防水底板不宜太薄）时，高层建筑的基础埋深可从室外地坪算起，此时高层建筑地下室及地下车库顶板应按嵌固层要求设计，地下车库应有足够的侧向刚度作为高层建筑的侧限。假如不满足以上条件的时候，高层建筑的基础埋深应该要从地下车库地面算起。高层建筑通常设地下室来满足埋深要求，主要有以下几点优势：

1.使得地基更具有承载能力。当高层建筑采用天然地基时，地基承载能力可进行修正，随着基础埋深的增加，修正后的地基承载力随之增大，从而可满足高层建筑对地基承载力的要求。

2.保证高层建筑更具有稳定性。高层建筑地下室外墙一般采用钢筋砼墙，地下室顶板厚不宜小于160mm，地下室具有较大的层间刚度，同时地下室外墙周边土也提供了很大的侧向刚度和约束。因此设地下室有利于上部结构的整体稳定，有利于协调结构整体变形，调整地基不均匀沉降。

3.增加建筑抗倾覆的承载力。

二、地下室顶板作为结构底部嵌固层的条件

当地下室顶板作为结构底部嵌固层的时候，应该要能约束结构底部的平动和转动，故必须要满足下列条件：

1.地下室顶板与室外高差不宜过大，宜小于1/3层高。

2.地下室的楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍。这里需要指出的是，高规4.8.5条规定，抗震设计的高层建筑当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。规范规定此条的目的是保证柱端塑性铰通常也出现在地下室顶部柱端。按规范规定增大地下室柱配筋时，往往使得柱钢筋较密，不便施工。

三、房屋高宽比

房屋高度指室外地面至主楼主要屋面的高度。房屋宽度按所考虑方向的最小投影宽度作为建筑物的计算宽度。随着层数增加震害随之增加，特别是房屋的倒塌率与房屋的层数成正比例增加。而限制高宽比是为了砌体房屋发生整体弯曲破坏。对带裙房的高层建筑，当裙房面积与其上塔楼面积比大于2.5或裙房抗侧刚度与其上塔楼抗侧刚度比大于2.0时，可取裙房上部分的的房屋高度和宽度计算高宽比。此项措施也是抗震设计中最为经济实惠的抗震措施，被广泛的推广。

四、不规则性结构的界定

建筑结构不规则性除应按照高规规定进行界定外，还需要注意以下几点：

1.计算结构构件的最大位移比时应按刚性楼板假定。

2.当结构的位移比和周期比超规范规定时，说明结构的抗扭刚度相对结构的抗侧刚度偏小，结构的扭转效应较大。在结构抗侧刚度较大，结构的层间位移满足要求的情况下，可减小结构的抗侧刚度，对楼层中部结构做减法，可取消、减短、减薄剪力墙，减小连梁高度等。当结构的抗侧刚度较小，侧移较大时，可对楼层周边结构做加法，可增大周边构件的刚度。对带裙房的高层建筑，带裙房的部分楼层的位移比和周期比往往超规范规定。由于裙房高度不高，裙房楼层的绝对侧移值很小，因此可不按高层建筑的侧移控制条件来要求裙房，即位移比可适当放宽。

3.对某些建筑，因功能需要，下部几层为大空间，上部为办公或客房，隔墙较多，上下层刚度差别较大，此时刚度变化处的下一层宜指定为薄弱层，进行内力放大调整。

五、框架结构梁柱偏心距较大应采取的措施

框架结构梁柱偏心距较大将导致节点核心区受剪面积减小，且梁端弯矩作用在节点上时出现扭矩。因此，当梁柱偏心距大于柱截面在该方向宽度的1/4时，应采取措施。通常可加大梁宽或设置梁水平腋，当设置梁水平腋时，在梁柱节点处形成了较强的刚域，梁塑性铰将外移。因此梁端箍筋加密区长度应与普通框架梁有所区别，水平加腋梁的梁端箍筋加密区长度应取普通框架梁箍筋加密区长度与加腋水平长度之和。

六、较长剪力墙的开洞

高规规定，较长剪力墙宜设开洞，将其分成长度较为均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m，此条规定主要基于以下考虑：

1.提高剪力墙的延性，避免脆性破坏。墙段高度不大于2时一般为弯曲破坏，墙段高度不小于2時一般为剪切破坏。

2.避免单片剪力墙承担过大的水平剪力而首先破坏，使得整个结构抗侧力构件依次破坏。在某些工程设计中，设计人员往往将较长的剪力墙开结构洞，洞口较小，形不成弱连梁，此时的剪力墙为小开口剪力墙，仍具有很大的侧向刚度，承担的水平力很大，造成剪切脆性破坏。因此开结构洞时一定要开大洞，形成弱连梁，连梁跨高比宜大于6使得较长剪力墙开洞后形成两个较独立的墙肢。

七、悬挑梁的高度选用

现在，基本上建筑结构设计师会经常忽略对梁挠度的计算。梁高选用比较小，造成梁截面的受压区的应力过高，在正常的使用状态之下，梁截面的受压区产生非线性徐变。伴随着时间的推移，梁挠度渐渐加大。挑梁的变形导致了梁板裂缝，由于挑梁变形不断扩大，裂缝的宽度也随之加宽，这样就直接影响了建筑物的正常使用情况。即挑梁变形进一步发展，梁支座截面上部受拉区经常会出现比较大的竖向裂缝。受支座附近的剪弯作用影响，竖向的裂缝不断向下延伸成为斜裂缝，这个时候梁已经接近毁坏。裂缝在梁支座的位置斜向延伸，缝越靠上宽度越大。挑梁截面过于窄小对建筑结构的抗震效果影响很大，悬挑结构对非水平地震的作用极为敏感。当梁高相对而言较小时，梁截面对应的受压区高度也是比较大的，但梁的延性是比较小的，在竖向地震作用力之下容易产生断裂，从而失去了原有的承载力。

八、总结

在今后的工作中，我们建筑结构设计师更要重新认识自己的工作对整个高层建筑安全的重要性，明确自己的安全责任，提高对结构设计质量安全问题的辨别能力，积累结构设计的工作经验，使建筑结构设计行业逐步成熟，使建筑的设计更安全、更合理、更舒适、更美观。

参考文献

[1]杨博.建筑结构设计浅议[C].江西科技.2015.01.

[2]贺伟莲.某超限高层住宅结构设计[J].工程建设与设计.2015.02.

[3]李青.短肢剪力墙在高层结构中的应用探讨[J].山西建筑.2015.01.