时间：2022-10-08 16:54:09
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇高层住宅结构设计，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：高层住宅，结构体系，优缺点，适合
高层住宅建筑是商业世界竞争和相互推进的结果，随着建筑技术的不断发展，如新的结构的出现、玻璃幕墙技术的完善、电梯设备和水暖电设备的改进，使高层住宅的发展越来越适应于社会需求。高层住宅的结构体系也越来越得到众多设计者们得探讨，随着建筑业得不断发展，技术日益成熟，钢筋混凝土结构体系被公认为适应于高层住宅的结构体系。经过了10多年的工程实践，我国高层住宅结构体系也已经逐步成型，形成了短肢剪力墙、异形柱框架和扁柱（异形柱）――筒体三大结构体系，基本满足了不同种类高层住宅的需要。对于未来的不断发展不断创新，经过分析研究，新型的钢筋混凝土结构体系才能把人类高层住宅的建筑结构推向一个新的高度，二三十层的住宅建筑已经达不到人类需求，越来越高的建筑才是人们追求的创新和挑战，底部商业用房，中部办公用房，顶部住宅用房，会是未来可能出现的新型住宅形式，而刚臂芯筒――框架体系就是典型的代表。
一、短肢剪力墙体系
短肢剪力墙体系最突出的特点是可利用隔墙的位置来布置竖向构件，基本不与建筑使用功能发生矛盾。其结构平面布置灵活；剪力墙的位置、数量的多少、肢的长短可根据抗侧力的需要而定，容易使平面刚度中心与形心重合或接近，减少扭转作用。连接各墙的连系梁可隐藏在隔墙中，基本保证了室内空间的完整性。应用在塔式高层住宅时，可将交通服务区域处理成筒体，形成框架――筒体结构体系，以提高结构的整体抗推性能。
短肢剪力墙体系的结构布置应遵循六个基本原则：a）、各短肢剪力墙应尽量对齐，拉直；b）、短肢剪力墙应尽量分布均匀，数量适中；c）、在平面转角和凹凸处应布置短肢剪力墙，并考虑设计连系梁；d）、每道短肢剪力墙宜有两个方向的梁与它相连，即一般不采用一字型的短肢剪力墙；e）、短肢剪力墙的厚度以采用200mm、250mm、300mm为好；f）、在必要时也可以混合布置方柱和扁柱。
实例分析：
图1
如图1、这是某地区一个高层住宅，该住宅为每层4户，共28层的塔式高层住宅。从底至顶均为住宅用途，不存在结构转换的问题。由于建筑高层较高，采用筒体包裹交通服务核心，其余部分采用短肢剪力墙，大多都采用了T形、L形且基本对齐，拉直。由于建筑设计的要求，局部采用了一字型剪力墙。在平面凹槽部分设置了连系梁，以减轻应力集中的现象。
短肢剪力墙结构是十几年前在南方沿海地区发展起来的一种结构形式，为克服剪力墙结构刚度太大的缺点，适当减少墙体长度，使墙肢截面高度与厚度的比值为5～8。在设计之初，没有明确的国家规范，其设计理论、计算方法和构造措施均参照剪力墙结构设计进行，所以设计随意性较大。短肢剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构。但比框架结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。短肢剪力墙结构体系由于自身的优点，它可以灵活布置，墙肢可长可短，房间内不会出现露梁露柱的现象，且短肢剪力墙的抗震性能也优于异形柱结构。
由于短肢剪力墙结构中，除墙肢平面内有梁外，常垂直墙肢方向也应有梁，此类梁由于支座上铁难以满足锚固（0.4LEa）构造要求，同时整体计算中不计算墙肢平面外作用，梁端只能按筒支考虑。墙和梁与轻质隔墙砌体隔墙之间，由于材料不同易产生裂缝，采取的措施只能减少裂缝增加造价。抗震性能也比一般剪力墙要差，尤其设烈度为8度房屋层数较多时，采用短肢剪力墙要慎重。
二、异形柱框架体系
在以往的结构设计中，原则上要求框架结构的柱采用矩形柱，矩形柱具有良好的受力性能，计算理论比较完善，穿力途径明确，而且在长期的工程实践中积累了大量的经验，但矩形柱用在民用建筑，特别是在住宅建筑中，随着建筑高度的增加，柱截面也随之增大，给房屋内部的布置造成了极大的不便，于是今年来采用的异形柱框架结构体系便很好的解决了这一个问题。异形柱肢的厚度一般与墙隔厚度一致或接近，使得抹灰完成后，室内空间完整，不露柱角。
实例分析：
图2
图2为某高层塔式住宅，大部分采用了框架异形柱体系。
延性是结构抗震的一个重要指标，在异形柱延性的研究中，已经发现L形、T形柱在纯腹板受压时其截面延性很差，并且导致其轴压比限值也比普通矩形柱小很多。异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，多为双向偏压受力构件，在受力状态下，各肢将产生翘曲正应力与剪应力，剪应力使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂痕。异形柱框架体系是框架体系的一个分支，因此它的抗侧向力水平不高，常用于7度以下抗震设计，12层以下的住宅。由于异形柱框架体系的历史不长，又未经过强烈地震的考验，对其抗震性能还有不同的意见，所以应该谨慎采用。
三、扁柱（异形柱）――筒体体系
由于核心筒体的存在，扁柱（异形柱）――筒体体系有更大的抵抗水平荷载的能力，因此它适用于30层左右，建筑高度在100m以内的高层塔式住宅。
扁柱（异形柱）――筒体体系的结构布置应遵循三个原则a)、扁柱、异形柱需按一定规律布置，使柱网规整，且上下对齐，尽量避免设置结构转换层；b）、扁柱、异形柱平面结构布置――其长边方向应在纵横两个方面都有分布，避免平面两个方向的刚度差异过大；c）、异形柱墙肢厚度不宜小于300mm，扁柱沿高度方向变截面时药避免刚度突变。
实例分析：
图3
图3为某高层塔式住宅，一梯三户的平面布局，结构上采用了扁柱（异形柱）――筒体体系，在山墙及分户墙处，局部设置剪力墙，既提高了结构的抗推性能，又不影响住户的使用。
四、刚臂芯筒――框架体系
现代住宅建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。异形柱与短肢剪力墙结构能较好地满足现代住宅建筑的要求，因而逐渐得到了推广应用。但对于立面的处理较为局限性，形式较为单一不能使建筑空间得到随意的应用。笔者就对新型的钢筋混凝土进行了大胆推测，认为刚臂芯筒――框架体系能很好的解决这一个问题。与筒中筒体系相比，由于它没有立面开洞率的限制，就为建筑立面造型提供了更大的自由度，也为使用者提供了更为开阔的视线景观。
在我国，还没有设计者把刚臂芯筒――框架体系应用于高层建筑住宅中，因为它每20层左右就要设置刚臂，这对于普通单一的住宅建筑造价未免有些过大。随着城市人口的不断增多，用地日益紧张，人类对高层的需求也越来越大，底部商业用房，中层办公用房，顶层住宅用房的形式可能会得到推广，得到大家的认可。与芯筒框架体系相比较，刚臂芯筒――框架体系通过设置“刚臂”将外圈框架柱与芯筒连为一体，形成一个整体构件来抵抗倾覆力矩，这样就相当于加大了力偶臂，从而大大提高了结构的抗推强度，它适用于更高的高层建筑，这也满足了在未来人们对高层的追求。
刚臂芯筒――框架结构是高层和超高层建筑的一种优越结构形式,这种结构形式具有较大的抗侧移刚度;但是刚臂的设置带来的芯筒刚度和内力沿楼高的突变等问题,容易造成结构在大震下的隐患。另外,刚臂芯筒――框架结构体系设置多道防线较难。针对该类结构体系在进行抗震设计时应当注意的问题同时耗能减震技术在该结构体系中的应用也是我们再设计过程中的新挑战。
四、结语，并非有最好的结构体系
并非有最好的结构体系，但有最适合的结构体系。每一个结构体系的诞生都有它应用的建筑空间，各个体系都各具特点, 一些成功的建筑整体，往往结构体系并非最好的形式，有可能它在受力合理性和经济性上并非最优，设计者往往在追求不同的目标而牺牲一部分东西，使建筑的整体合理性达到最大化。结构方案的选择是结合业主意见、当地抗震设防烈度、工程造价、建筑使用功能、当地审查机构的认识等诸多因素来决定的。建筑将会越来越复杂，功能越来越齐全，同时给高层建筑结构分析与设计带来更多的研究课题，也提出了更高的要求。
参考文献：
《高层建筑设计资料图集》 沈阳辽宁科学技术出版社 1995
《建筑设计资料集》 北京中国建筑工业出版社 2005
《住宅设计资料集》 北京中国建筑工业出版社 1999
关键词：高层住宅剪力墙转换层结构调整构件设计
中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
某高层住宅楼，采用框支剪力墙结构，总建筑面积为202210㎡，其中， 高层住宅地上28层，一层为架空门厅，层高7m，二层以上标准层，层高3.15m。建筑总高度84m，有两层人防地下室，总建筑面积：1210.9㎡，基础采用人工挖孔灌注桩，持力层为中、微风化花岗岩，建筑类别为一类，抗震设防烈度为7度。
2 抗震等级的确定
本工程转换层以下为框架—剪力墙结构，转换层以上为纯剪力墙结构，是多层结构高层建筑，从而不能以单纯的框架结构或者剪力墙结构形式来确定抗震等级，而应该严格按照现行规范的不同章节，分别针对性地确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属“框支剪力墙”结构，地上高度84m，转换层设在三层楼面(属高位转换)，其框支框架抗震等级为一级，加强部位剪力墙抗震等级为一级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。
3 上部与下部结构的调整
建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变，然而带转换层的结构显然有悖于此,因此《高规》对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来就是要强化下部，弱化上部，尽量避免出现薄弱层。可采用以下几点方法进行调整：
（1）应与建筑工程师协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙(不伸上去)。这是增大底部刚度最有效的方法。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还通过与建筑专业协商，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片L型剪力墙也落地。这些措施大大增强了底部刚度。
（2）底部剪力墙厚度应加大，而减小上部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙厚度取为300~500mm,上部厚度取为200mm。
（3）底部剪力墙应不开洞，以造成刚度削弱太多。
（4）采用C55混凝土，以提高墙混凝土强度等级。
4 结构布置
本工程转换层下部为框架-剪力墙结构，体形复杂，不规则；转换层上部为纯剪力墙结构，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置经过多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余部位剪力墙布置分散、均匀，且尽量沿周边布置，以增强整体抗扭效果。通过有关的计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.81，各楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值的比值不大于1.4，均满足平面布置及控制扭转的要求。
5 结构整体计算与分析
本工程主要运用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》SATWE进行分析计算。计算结果见表1。
表1：住宅楼(23层)前五个结构计算周期
X方向的地震作用最小剪力系数为1.77%，Y方向的地震作用最小剪力系数为1.91%。最大层间位移见表2：
表2：住宅楼(23层)最大层间位移
转换层位于三层，转换层上下刚度比为：X方向:0.9839，Y方向:1.1982
结论：2栋1座楼周期、位移均正常。
6 结构构件设计
6.1框支柱设计
框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。
（1）该工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对于部分因截面尺寸较大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全长加密，且配箍率不得小于1.5%。
（2）在工程中，个别框支柱还兼作剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率(C55混凝土)即为1.82%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。因为程序计算时，一般假定楼板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配，底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱剪力会增加，因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。
（3）为了加强转换层上下连接，框支柱其上部有墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；其余在墙体范围外的纵筋则水平锚入转换层梁板内，满足锚固要求。抗震设计时，规范规定了剪力墙底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体纵横向钢筋等抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。
6.2框支梁设计
框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其墙上厚度的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。
（1）本工程框支梁宽度为500~1000mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备。
（2）一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因此应配置足够数量的腰筋，腰筋采用φ18，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内。框支梁受剪力很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强，譬如某根700宽框支梁箍筋采用φ16@100六肢箍全长加密，配箍率达到1.18%。
6.3楼板设计
框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。
（1）在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；
（2）在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。
（3）由于转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务，且转换层楼板自身必须有足够的刚度保证，故转换层楼板采用C40混凝土，厚度200MM，￠12@150钢筋双层双向整板拉通，配筋率达到0.41%。
（4）为了协助转换层楼板完成剪力重分配，将该层以上及以下各一层楼板也适当加强，均取厚度150MM。
7 结束语
总之，带转换层高层建筑结构设计不仅要尽可能地满足建筑的使用功能的要求，而且要使结构体系更加合理化，应从建筑功能、结构受力、设备使用、经济合理等多方面入手进行结构的选型和柱网布置，不断地提升住宅建筑结构的设计水平，从而满足建筑结构合理的使用要求。
参考文献
[1]李中军，徐茂江，李龙.预应力混凝土转换层结构设计[J].建筑结构学报，2008.
【关键词】住宅；转换层；结构设计；构造措施
一、工程概况
某住宅区由东、西两区组成，总建筑面积约14.11万m2，地上有6栋32～35层住宅，其中1#、2#楼1～2层为商业裙楼，3～32层为住宅，总高度97.8m；3#楼一层为架空层，2～32层为住宅，总高度97.6m；4#～6#楼1～35层均为住宅，总高度98.2m；地下2层，设置连通地下室作为车库及设备用房使用，其中负2层有部分设有平战结合的核6级、常6级防空地下室。
因本工程平面呈细腰型，腰部应力最集中，而在此处又布置了电梯井道和消防疏散楼梯，开洞较多，对楼板刚度削弱较严重，不利于抗震，是结构设计中值得高度重视的部位。框支剪力墙加落地筒体及部分落地剪力墙结构，属A级高度复杂高层建筑结构。底部设计为规整的大跨度柱网，既可满足地下室停车场和设备用房的使用要求，又为其上的商业裙楼提供了更大的空间。其中1#、2#楼在2层顶部设置结构转换层，3#楼在1层顶部设置结构转换层，转换层以下为框支框架及部分落地剪力墙，转换层以上为剪力墙结构；4#～6#楼为剪力墙结构。上部住宅采用剪力墙结构，其中剪力墙最小厚度200mm，转换层以下剪力墙厚度400～ 700mm，框支柱最大截面800*2300mm，底部加强部位在六层以下，加强部位竖向抗侧力构件采用C50混凝土。1#～6#楼均以地下室顶板作为嵌固端。
二、计算分析及参数选取
采用中国建研院编制的SATWE进行计算，计算参数为：抗震设防烈度为7度，建筑抗震设防类别为丙类，Ⅱ类场地土，基本风压0.9KN/m2（承载力计算）及0.75 KN/m2（位移计算），框支框架和剪力墙抗震等级分别为一级和二级，计算中考虑双向地震扭转效应、模拟施工加载，取18个振型进行计算。
1、侧向刚度计算方法的选取
A：剪切刚度法，即GKi=GiAi/Hi；B：剪弯刚度法，即 Ki=Δi/Hi；C：抗震规范条文说明建议方法（地震层间剪力与地震层间位移的比值），即 Ki=Vi/Δui。其中方法A适用于底层大开间结构；在计算高位转换这类长细柱（墙）结构时，侧向刚度宜采用方法B计算，以充分反映弯曲变形的影响；方法C适用于除A、B以外的规则建筑结构。
2、嵌固端选择的合理性分析
地下室作为地下车库使用，空间大间隔少，其顶板作为上部结构构件的嵌固端，应保证被嵌固构件在嵌固处不会发生平动位移和转动位移。本工程地下室顶板覆土1m，且消防车道部分给予20KN/m2的活荷载，地下室顶板采用现浇梁板框架井字梁结构，主框架梁500*900（消防车道下部分500*110），次梁300*700mm；板厚200mm，混凝土强度等级C30，采用双向拉通配筋，并满足构造要求。结构侧向刚度亦能满足规范要求，因此嵌固端选择在地下室顶板处是合理的。
3、结构自振周期
以3#楼为例，按框支结构经验公式计算，T=（0.05～0.07）N=1.70～2.38s，自振周期值在经验值范围内，扭转周期与平动周期Tt/T1=0.721
4、结构规则性
本工程采用的是竖向抗侧力构件内力由水平转换构件向下传递的形式，属于竖向不规则结构，通过计算、内力调整及构造的方式调整，使其余各项均能满足规范要求：结构在地震和风荷载作用下的层间最大位移转角满足规范要求；最大位移与楼层平均位移的比值满足规范要求；侧向刚度不小于相邻上层的70%和相邻3个楼层平均值的80%；腰部楼板通过构造措施避免尺寸和平面刚度的急剧变化。
三、转换层的设计特点
本工程转换结构构件为梁―柱体系，框支框架抗震等级取一级。框支剪力墙结构剪力墙底部加强部位的高度取六层以下，抗震等级为二级，轴压比限值为0.6，在结构质量不变的情况下， 该部位不落地剪力墙往往不能满足要求，需要特别加厚或加长，为避免转换层上下结构侧向刚度突变，加大落地剪力墙和底部核心筒剪力墙厚度，提高底部竖向构件混凝土强度等级。结合楼层扭转位移控制条件，在平面刚度较弱的周边部位增加布置剪力墙并调整使其对称均匀，避免过大偏心，增强结构的抗扭刚度，结构扭转效应，同时也能提高转换层下部的侧向刚度比。上部剪力墙的水平剪力需要通过转换层楼板传递到落地剪力墙，实现上下层剪力的重分配，转换层楼板传递因竖向不连续产生的水平集中应力，平面翘曲变形显著，因此转换层板厚取 200mm，双层双向配φ12@150结合周边框架梁的布置，转换层楼板整体性得到加强。
结构中转换梁尽量做到一次转换，尽量做到转换梁轴线与上部墙肢轴线相重合，以避免由偏心支承带来的弯剪扭效应对结构延性的降低。对于二次转换、偏心布置和受力复杂的转换构件，施工图阶段补充局部应力分析，在考虑最不利荷载组合情况下得到转换梁的应力分布特点，对高应力区进行重点加强，如提高配箍率和增加抗扭筋的设置，提高转换梁构件的抗剪和抗扭能力。
四、概念设计与构造措施
概念设计比数值设计更重要，先进的设计思想可以通过概念设计得到充分的体现。概念设计是指通过力学规律、震害教训、试验研究、工程实践经验等的设计概念、设计对策和措施 ， 它比量化的计算更能有效的从宏观上处理好结构的安全问题，特别是抗震安全。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散仅集中在少数薄弱部位，导致结构过早破坏。现有抗震设计方法的前提之一是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用，在此前提下，才能以多遇地震作用进行结构计算、构件设计并加以构造措施，或采用动力时程分析进行验算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。
本工程采用合理的建筑结构概念设计，在方案阶段早期介入，并将概念设计贯彻整个设计始终。通过不同结构布置方案的试算和比较，不断调整剪力墙的位置和数量使之趋于合理经济，对结构的薄弱部位采取抗震加强措施，主要包括：提高结构抗震能力，保证框支转换层及以上作为剪力墙底部加强区的部位有足够的承载能力和延性，将转换层以上6层不落地剪力墙混凝土等级提高至C50，降低构件轴压比，增加墙体竖向和水平钢筋，提高构件延性，并适应罕遇地震作用下塑性铰的出现和发展；提高结构抗扭刚度，降低扭转作用，将底部加强层以下两边纵向的剪力墙厚度增大至250mm；加强楼板传递水平力的能力，将细腰部楼板厚度加大至160mm，并提高其配筋率，采用双层双向通长配筋。
五、结束语
综上所述，本工程抗侧力构件结构布置合理，自振周期及剪重比适中，水平位移满足规范限制要求，构件截面取值合理，结构体系具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力，构件设计满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的原则，对结构可能出现的薄弱部位采取了必要的加强措施，结构体系选择恰当。
参考文献：
关键词：剪力墙 结构设计选型 结构分析 设计绘图
一、 前言
近年来随着我国国民经济的迅猛发展，建筑业已经成为我国的支柱产业， 在国家城乡一体化统筹发展思路指引下，城市化进程加快，房地产开发和农居安置房的建设开展的如火如荼。由于经济的发展，加之土地资源宝贵，所以高层住宅小区占了很大的比例。本文以具体的工程实例为例，系统的介绍高层住宅设计中结构专业从结构选型、经济分析，到竖向构件布置、结构计算、构造措施及绘图细节，以供结构设计人员参考。
二、结构选型与经济分析
确定建筑结构方案应综合考虑房屋的重要性、设防烈度、场地类别、房屋高度、地基基础和施工条件并结合结构体系的经济合理，选择最合适的结构体系。
在结构方案设计阶段，首先考虑建筑的使用功能对内部空间的需要。小空间平面布置方案，适用于住宅及旅馆的客房部。在较低的楼房中，水平荷载处于次要地位，结构的负荷主要以重力为代表的竖向荷载。高层建筑的受力特点是承受竖向荷载和水平荷载的作用，随着建筑物高度的增加，水平荷载（风或地震力）产生的内力和位移迅速增加。以下介绍在高层住宅中使用最多的3种结构体系.
1、 剪力墙结构
剪力墙结构房屋是将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构，它既承担垂直荷载、也抵抗水平力。因剪力墙是一整片高大的墙体、侧面又有刚性楼盖的支撑，故在其身平面内有很大的侧向刚度，属于刚性结构，能承受较大的水平荷载（剪力）、“剪力墙”即由此而得名。剪力墙墙肢截面高度与厚度的比值大于8，特点是整体性能 好，侧向刚度大，水平力下侧向位移小，并且由于没有梁柱等外露或凸出部分，便于房间布置。剪力墙结构是一种传统、成熟、受力性能良好的结构形式，其缺点是结构墙体相对多、自重较大。综合评价，这种结构形式深受用户和建筑是的欢迎，因而在许多高层住宅建筑中得到了光泛的应用。 剪力墙结构房屋是将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构，它既承担垂直荷载、也抵抗水平力。因剪力墙是一整片高大的墙体、侧面又有刚性楼盖的支撑，故在其身平面内有很大的侧向刚度，属于刚性结构，能承受较大的水平荷载（剪力）、“剪力墙”即由此而得名。
2.框架剪力墙结构
框架剪力墙结构是指由普通框架柱与一般剪力墙共同组成的一种结构形式，由框架与剪力墙共同承担荷载。它具有框架与剪力墙共同受力的优点，又能获得较大的房屋空间。但是由于现在建筑平面布置较灵活，框架布置非常复杂，很难形成规则的受力体系，并且随着房间布局的变化，容易产生柱楞和凸出的大梁，影响建筑外观和使用功能。同时，由于多次受力转换，梁板的受力性能受到影响，提高了造价。
3.异型柱框架剪力墙结构
采用异型柱框架剪力墙结构的墙肢截面高度与厚度的比值不大于4，柱肢受力情况复杂。由于对该结构形式的抗震性能存在很多争议，该结构形式也一直没有得到国家规范的承认，在很多地区的应用受限。经过近几年的实验和研究，该结构形式通过了国家抗震规范的审查。规范对这种结构形式的最大适用高度、使用范围、抗震等级、一般剪力墙承受的地震倾覆力矩、墙肢厚度、轴压比、截面剪力设计值、纵向钢筋配筋率、体积配箍率等作了严格的规定。同时，由于结构断面较小，克服了框架剪力墙结构适用性不好的缺点，该结构形式受到了业主和用户的欢迎。但必须明确的是，由于异型柱的断面很小，梁柱节点核心区钢筋密集，施工振捣困难，该结构形式的力学性能和抗震性能被削弱，须仔细计算核心区的相关数据。这种结构形式是我国独创的，主要是为了降低造价。
结论，在高层住宅中结合业主的意见、当地抗震设防烈度，工程造价、建筑使用功能、当地审查机构的认识等诸因素来决定的。应该说，剪力墙结构由于其良好的性价比受到设计人员的青睐。
四、剪力墙的平面布置
（1） 平面布置应尽可能的分散、对称、双向。要尽可能的布置在建筑物的尤其是角部，以便减少扭转效应，墙体尽量采用T型、L型、十字型，尽量避免一字型墙体。
（2） 建筑物的四角是保证结构整体性的重要部位，在地震作用下，建筑物发生平动、扭转和弯曲变形，位于建筑自交的结构构件受力较为复杂，其安全性又直接影响建筑物角部甚至整体建筑的抗倒塌能力。
（3） 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。一、二、三级抗震等级剪力墙底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙，一、二、三级抗震等级剪力墙所有部位均不宜采用叠合错洞墙。当采用错洞墙和叠合错洞墙时，应按有限元方法计算，并在洞口周边采取加强措施，或将叠合洞口转化为规则洞口。
（4） 避免采用较多的短肢剪力墙，当结构中有少量短肢剪力墙时，应按照相应规范对其做加强措施。
五、墙肢长度和厚度的选取
1、墙肢的长度
剪力墙墙肢长度一般不宜大于8m。结构设计中的剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计中弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时，为了满足每隔墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的弱连梁（其跨高比宜大于6），使其可近似认为分成了独立墙段。
2、墙肢厚度的选取
规定剪力墙的最小厚度，其主要目的是保证剪力墙出平面的刚度和稳定性能。其厚度要求见表1。
对短肢剪力墙结构，规定其抗震等级应必表1中规定的抗震等级要高一级采用。故除6度区外，短肢剪力墙的抗震等级至少为一级。对于住宅建筑，填充墙厚一般为200mm，相应剪力墙墙厚也取为200mm。住宅层高一般为2.8～3.0m，故墙厚取200mm，除底层加强区的一字型短肢剪力墙外，均能满足规范要求。
对于无地下室的高层住宅，因其基础埋深一般在2.5m以上，则底层墙体高度会在5.0m以上，若按层高1/16确定墙厚，将超过300mm，大于填充墙厚度。为避免出现这种情况，在布置剪力墙时，应结合建筑平面，尽量不用一字型剪力墙，而采用L、T、Z、十字型等截面形式，且使翼缘长度大于其厚度的3倍，这样一方面墙体抗震性能更好，另一方面墙厚也可取为剪力墙无支长度1/16。由于住宅建筑中剪力墙肢长一般小于3.0m，故厚度采用200mm满足构造要求。
六、剪力墙结构的结构构造措施以及施工图应注意的一些问题
1、类似“细腰”型平面的“腰”的宽度应满足国家规范和地方性建设标准。在高层住宅中一般为两个电梯，则两个电梯洞口间的板的位置，需要采取措施加强其连接作用。常用的措施是，加强薄弱区或“腰”区的板厚（厚度可取120mm），并双层双向配筋的方式与于加强。
2、《高规》2010版7.2.27中提到的梁端钢筋满足锚固长度的问题，当设置梁头在建筑功能上使用不便时，且计算数据不是很大时，梁端可采用细钢筋（如直径14mm）来满足锚固长度，画梁图时应该注意。
3、在剪力墙施工图中可采用墙身水平钢筋替代边缘构件钢筋的画法，对于约束边缘构件可以参见标准图集11G101-1，构造边缘构件可以参见下图的做法。此做法在满足相关规范的情况下，可以一定程度的降低含钢量，即经济又合理。
参考文献：
关键词：高层住宅；转换层；结构设计
随着社会经济的发展，越建越多高层建筑进入到我们到的生活。然而很多高层建筑使用功能不是单一的，建筑上部跟下部之间要满足不同功能要求，例如有些建筑下部楼层用作商场、餐馆和文化娱乐设施，上部楼层作为住宅。我们知道商业服务设施往往要求开放的大空间，而住宅这部分需满足居住功能，不需要像商业那样的大开间以及不允许柱角外凸等要求。因此为了满足上下层建筑使用功能，结构上必须设置转换层（transfer story），以协调上下部楼层之间结构上的“转变”。转换层的设置属于“非规设计”，从荷载传递、抗震等方面来看都不是很有利的，所以在《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010（简称《高规》）中归入了复杂高层建筑范畴，可以说转换层的处理是带转换层高层住宅结构设计中的关键部分，对设计技术要求较高，所以本文对这部分内容进行了分析和探讨。
1 转换层的结构类型与选择
1.1 转换层的主要结构类型
从结构体系角度区分，带转换层高层住宅可分为“上剪下框”和“上小下大”两种类型。“上剪下框”是指转换层以上结构为剪力墙结构，转换层以下为框架筒体结构或框架剪力墙结构；“上小下大”是指转换层以上为小柱网的框架结构或筒体结构、剪力墙结构，转换层以下为大柱网的框架结构或筒体结构、剪力墙结构。按照结构形式，也可分为两种类型：一种是梁式转换，如梁式结构、桁架结构、空腹桁架结构、箱型结构、斜撑结构等；另一种是板式转换，主要由现浇整体厚平板组成。随着社会的发展，转换层结构形式近几年还出现了塔接柱转换结构、宽扁梁转换结构、斜撑转换结构等形式[1]，使转换层结构设计有更多的选择。
1.2 转换层结构类型的选择
梁式转换结构在带转换层高层住宅结构设计中应用比价广泛。因为梁式结构传力直接明确、计算分析较方便、造价较节省等优点成为设计人员的首选。但是转换梁比较高，而且《高规》10.2.8-6规定“转换梁不宜开洞”，深梁式转换有时不利于设备层使用。如果深梁不能满足使用要求的情况下可选用宽扁梁转换形式，宽扁梁转换形式有利于降低结构高度可以方便设备安装。但造价相对于深梁转换要高。随着宽扁梁设计理论和实践的成熟，扁梁转换可作为梁式结构的又一转换形式。斜撑转换结构结构受力比较好，而且采用型钢混凝土施工方便快捷，可以使转换结构受力更加合理，结构更加经济，但是有时受使用空间的制约，在满足使用功能的情况下斜撑转换是一种不错选择。板式转换高度小但结构厚重、材料利用率低，而且受力复杂、计算困难、配筋不便，所有应用比较少。箱形转换层是解决转换梁较大扭矩的结构形式，但造价也比较高所以在建筑工程中应用也不常见，桁架结构采用预应力结构是一个不错的选择，但是由于设计经验少，有时需要通过试验研究才能确定参数，这在一定程度上限制了它的应用。
2 转换层结构设计中的一些问题讨论
2.1 转换梁上偏心剪力墙的处置问题
在结构设计中，经常出现上部剪力墙轴线与转换梁轴线不对齐的情况，此时在转换梁中将形成比较大的扭矩。应用三维实体有限元计算分析，偏置剪力墙形成的扭矩在转换梁中形成很大的应力，其数值远大于平面内的主应力，这种情况容易造成深梁受压区失稳，因此要采取措施解决偏心扭矩对转换梁所造成的不利影响。解决转换梁较大的扭矩的方法[2] 有几种：（1）设置箱形转换层，即利用转换层上下楼板来共同抵抗偏心扭矩；（2）加大转换梁截面，并增加抗扭钢筋抵抗偏心扭矩；（3）在剪力墙端部增加楼面梁；（4）在高位转换结构中，不增加梁截面和混凝土用量，而加大梁高、减小梁宽，以此提高层间抗侧移刚度，减轻转换层上、下部分刚度突变，而由楼面梁解决稳定问题。在这4种方法中比较加设楼面梁的方法最为经济，设置箱形转换层经济性最差，加大转换梁截面也不经济，并且该方法无法克服梁扭转带给上部剪力墙的形变和内力问题。设置楼面梁的方法，如图1所示。
2.2 竖向荷载引起框支梁上部剪力墙超筋问题
有这样一个案例[3]，转换层框支梁上部一层的剪力墙超筋现象非常严重，一些剪力墙墙肢剪力达到几千kN，弯矩超过1万kN・m，经查转换层相邻结构的等效刚度比在《高规》附录E.0.2规定的范围内，说明超筋问题并非由水平地震剪力引起。后经过多方分析，超筋由竖向载荷引起。因为剪力墙刚度较大，转换层上面一层墙体竖向变形较小，与之相比框支梁刚度较小，会引起较大的变形，如此一来梁、墙之间变形的不协调，会在转换层以上楼层内形成内力的突变。根据这样的分析结果，可以采取以下措施：（1）增加转换梁的刚度，可以通过增加梁高减小宽度的做法来提高梁的抗弯刚度；（2）布置转换层上下结构时，避免相邻两片墙体分别落在墙柱硬支座和转换梁软支座上，若无法避免则增加两片墙体之间的距离；（3）增加剪力墙厚度，同时减少配筋率，适当降低墙的刚度；（4）在剪力墙中部开洞，以协调框支梁的的刚度。采取以上措施，再经有限元计算，超筋现象大为改善。
2.3 转换层下框支柱截面与配筋控制问题
《高规》表6.4.2列出框支剪力墙结构柱轴压比限值，抗震等级一、二级时分别为0.60和0.70。限制轴压比的主要目的是为了控制框支柱的延性并满足抗震要求。再据《高规》第6.4.3条框支柱纵向受力钢筋的最小配筋率，对于抗震一级为1.1%，二级为0.9%；对Ⅳ类场地较高的高层建筑，还要在此基础上再增加0.1%。为了满足轴压比限值要求，同时又要经济，有些设计人员采取减小框支梁截面尺寸同时加大框支柱截面尺寸的做法，这样会产生一种效果，框支柱“包着”转换层上部的剪力墙，但因为框支柱的起算高度从转换层楼面到基础顶面（个别框支柱高度达20～30m），而全截面又要满足配筋率要求，那么通过框支梁节省下来的材料用量就不足以抵消加大框支柱所增加的材料用量，而且这种做法对改善侧移刚度贡献不大[2]，所以这实在是一种得不偿失的做法。
2.4特定条件下框支剪力墙结构抗震设计问题
《高规》10.2.25条规定“部分框支剪力墙结构中，抗震设计的矩形平面建筑框支转换层楼板，当平面较长或不规则以及各剪力墙内力相差较大时，可采用简化方法验算楼板平面内受弯承载力”。“平面较长”未限定具体的量值，在处理上难免遇到一些困难。首先应根据经验去确定，缺乏可靠的设计经验时，可以将平面长宽比大于等于3作为“平面较长”的界限[4]。长矩形平面建筑的剪力间距，本条文未予说明，可按照《高规》8.1.8条表8.1.8进行选取。框支层楼板平面内受弯承载力的验算，规定可以采用简化方法，但没有规定具体采用那种简化方法，故应结合工程实际情况进行简化计算，或采用几种简化方法计算后进行比较。采用连续梁法简化验算时，可将框支层楼板简化为图2～3所示情况，框支层楼板支撑在落地剪力墙上（支座），不落地剪力墙底部剪力作为集中荷载，或可按照《高规》10.2.24条中公式进行计算。如果落地剪力墙抗侧刚度较大，还应检查落地剪力墙支撑是否有效，必要时需作出适当调整。
3 带转换层高层住宅结构设计应用
3.1 工程概况
该项目为茂名市和兴苑高层多功能住宅楼。建筑1～3层为商业用途，层高5.5m；4～25层全部为住宅，层高皆为3.0m；总高度为79.5m。设防烈度为7度，场地为Ⅲ类，基本风压为0.65kN/m2。结构抗震等级方面，框支柱、框支框架、底部加强区剪力墙均取一级，非底部加强区剪力墙取二级。
3.2 结构方案
该工程平面形状较为规则，其中高宽比为5.1，长宽比为1.4，转换层设在3～4层之间，转换层以上楼层既无外挑，也无收进，结构平面与竖向布置均符合《高规》要求。转换层方案采用成熟可靠的梁式转换。构件尺寸及材料如表1所示，转换层与标准层平面结构布置如图4～5所示。
3.3 设计计算
本项目设计采用SATWE和Midas Building两款三维空间分析软件进行计算。其中周期比（）：SATWE为0.79，Midas为0.82。最大层间位移角：SATWE为1/1.2402（向）、1/1.5919（向）；Midas为1/1.2400（向）、1/1.6011（向）。最大层间位移比：SATWE为1.22（向）、1.19（向）；Midas为1.19（向）、1.05（向）。这几项数据均满足《高规》要求。楼层结构抗剪承载力及抗侧刚度比，是判断结构是否在承受水平方向作用产生侧向变形以致破坏的重要指标。最小楼层抗剪承载力之比：SATWE为0.99（向）、0.95（向）；Midas为0.97（向）、0.97（向）。转换层上下等效侧向刚度比：SATWE为1.2402（向）、1.5919（向）；Midas为1.2400（向）、1.6011（向）。这两项指标也满足《高规》要求。因此，通过两款软件的对比，最大层间位移角、最大层间位移比、结构抗剪承载力及抗侧刚度比等各项计算指标能满足要求，可以对该结构进行转换。
4 结语
为了满足建筑上下层各种功能需求，高层建筑带转换层结构的应用越来越普遍。转换结构合理性决定了整幢建筑的安全性和经济性，因此我们应在符合规范的基础上正确合理设计转换层，能使我们的建筑结构更加安全、更加美观、更加实用和经济。
参考文献：
[1] 傅学怡. 实用高层建筑结构设计[M]. 2版. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 黄凯，屠传慧. 转换层设计中几个重要及常见的问题[J]. 工程建设，2012，44（6）：20-22，43.
关键词：高层住宅 剪力墙体系 结构设计
中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
改革开放以来，随着我国国民经济的迅猛发展，建筑业已经成为我国的支柱产业。近年来，在国家城乡一体化统筹发展思路指引下，城市化进程加快，房地产开发如火如荼，其中高层住宅小区占了很大的比例。而目前的钢筋混凝土高层结构住宅以剪力墙结构居多，因此，对于从事高层结构设计的工程师来说，必须能够吸收当代高层建筑结构设计的一些成功经验，并把结构的经济性、合理性与结构抗震的安全性等诸多因素加以统筹考虑，才能很好的与建筑师配合并设计出经济合理的高层建筑结构体系。
1 高层住宅的受力特点与支撑件
对于高层住宅而言，越高所承受的竖向荷载就越大，水平风荷影响也越大，所承受的外力主要就是水平和垂直方向。对于比较低的建筑来说，高度较低，地基面积较大，相对而言所受的风荷及地震影响就相对较小，在高层住宅上，水平荷载产生的倾覆力会很大，设计人员主要考虑的问题是水平荷载，轴向变形及结构延性等方面。
1.1 水平载荷
建筑物的高度达到一定数值后，它们在竖直方向上承载的荷载变化量并不大，所承受的风荷载以及地震作用的水平荷载会呈现一定的规律性，建筑物的结构特性不同，风荷载及地震水平荷载则会随之发生较大变化。
1.2 轴向变形
建筑物越高，竖向荷载越大，竖向荷载越大，连接柱中的轴向变形就会越大，相应的，连续梁的弯矩所受影响就会越大，预制构件的下料长度也会受影响而有所改变，由此可见，在施工时必须计算出轴向变形值，并及时调整下料长度。
1.3 结构侧移
高层住宅的结构设计关键之一是结构侧移的控制，建筑物越高，水平荷载下结构的侧移就会越大，对于建筑物的稳定性威胁也就越大，因此，高层住宅的结构侧移一定要严格控制，以确保建筑物的稳定性。
1.4 结构延性
相对于低层建筑而言，高层住宅的结构柔和性较好，在地震侵袭发生较大震动时，会产生较大的变形。建筑物在塑性变形阶段中对变形能力的要求相对较高，要想保证结构延性，必须在建筑设计中采取一定的措施。
2 剪力墙结构设计的基本原则
剪力墙结构在建筑中主要承担竖直方向重力与水平方向荷载，剪力墙结构的设计既要安全合理，又要考虑经济问题。设计过程中，各种位移限制值都要满足，结构构件中抗侧力构件的作用也要充分考虑到。设计时，剪力墙的数量也要满足位移限制值相关规范的要求，数量应该尽量少，但又不能影响基本振型的要求。建筑中剪力墙结构所承受的倾覆力矩应不小于总数的一半。
2.1 调整楼层最小剪力系数方面的原则
设计中剪力墙结构的布置要尽量减小，大开间的剪力墙结构布置是最好的设计方案，侧向刚度结构可以达到较为理想的状态。楼层间的剪力系数尽量小，但不能超出规范的极限范围，短肢剪力墙承受的地震倾覆力矩于整体总底部承受的地震倾覆力比要小于或等于1:4，这样既可以减轻结构自重，同时降低了地震带来的危害又可以节约费用。
2.2 调整楼层间最大位移与层高之比方面的原则
规范规定的最大的楼层间的位移在计算的时候，如果楼层地区地震比较频繁，所用的标准值产生的楼层计算可以保留在结构的整体弯曲变形，应该计入扭转变形在以弯曲变形为主的高层住宅中。高层住宅重点考虑的方面就是楼层间的扭转和剪力变形。结构的剪切变形由竖向构件的数量决定，在建设施工中，有足够多数量的构件还是远远不够的，更要考虑构建的布局是否合理，如果不合理，就会产生过大的扭转变形，楼层间的位移就达不到要求。因此，对于高层住宅而言，不能只是以楼层间的位移来确定竖向构件的刚度，而应该尽量减小扭转变形。
2.3 调整剪力墙结构连续超限方面的原则
剪力墙结构的连续跨高比太小会导致弯矩超限及剪力过大，超过规范限度，跨高比一般大于或等于2.5。规范规定，在跨高比小于5的时候，连续梁不能够拆减。跨高比的正确选择，可以很好地避免弯矩及剪力过量，可保持在规定范围内。在结构设计时，如果可以有效合理的用上这些，可以大大降低工程成本。
3 剪力墙结构设计
剪力墙的刚度较大，整体性较好，容易达到承受的荷载要求。设计师主要考虑以下几个方面：
3.1 剪力墙截面的厚度要求
剪力墙厚度尽量小的优点主要是保证剪力墙平面的刚度及其稳定性。当剪力墙相较于墙体平面外面时，相交处可以作为剪力墙的支撑，对于平面外的刚度与稳定性有很好的保证。剪力墙最小厚度确认时，计算依据主要是建筑物层高及无支长度中的较大值。按一、二级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不应小于200mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm。当为无端柱或翼墙的一字形剪力墙时，其底部加强部位截面厚度尚不应小于层高的1/12；其他部位尚不应小于层高的1/15，且不应小于180mm；按三、四级抗震等级设计的剪力墙的截面厚度，底部加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/20，且不应小于160mm；其他部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/25，且不应小于160mm；非抗震设计的剪力墙，其截面厚度不应小于层高或剪力墙无支长度的1/25，且不应小于160mm。
3.2 剪力强结构中混凝土强度等级要求
剪力墙中混凝土要求相对较高，等级最少要为C20，如果剪力墙结构中带有筒体与短肢，那么其中的混凝土强度最少要为C25。
3.3 剪力墙结构在进行抗震设计时，构造边缘的构件在剪力墙墙肢中是必不可少的。在非抗震设计中，其墙端部位的构件配置及钢筋配置都要符合相关的规范。
3.4 剪力墙结构设计中要考虑竖向分布时钢筋配筋率的最小值，主要作用就是保证混凝土墙体在受到弯矩较大出现裂缝时不至于立刻达到抗弯承载力的极限，还可以防止斜裂缝出现后发生脆性剪拉破坏。
3.5 剪力墙结构开洞构造设计。若是剪力墙结构中开洞较小，其影响较小，在计算时可不必考虑在内。为了保证剪力墙结构截面的承载力，要在钢筋切断集中处将洞口补足，并且钢筋直径最小要达到12mm。具体施工要根据实际情况，边缘构件的设置根据实际情况。
3.6 高层住宅剪力墙结构体系受到的竖直方向荷载比较大，竖直荷载包括建筑整体的自身重量及楼面荷载产生的影响。由于荷载的存在，竖直方向会产生轴力，使连续梁内出现弯矩。计算时依据的是其受力面积。若是水平荷载，其计算就要按平面考虑了。剪力墙结构计算工作比较复杂且工作量较大，在设计时，要针对不同的剪力墙结构的受力特点进行计算。
剪力墙结构体系是一种抗剪性能较好的结构，设计时要考虑建筑施工的具体情况，设计时应尽量避免竖向刚度突变，确保其刚度。
4 结束语
目前我国城市土地供应紧张与住宅市场需求旺盛的矛盾日渐突出，城市转而向高度要空间的趋势越来越明显，高层剪力墙结构体系在住宅市场也随之大量应用。因而结构设计的合理与否直接影响千家万户的生命财产安全，作为结构设计人员，应严格按照设计原则进行合理的设计，反复验算，使剪力墙结构满足使用的需要并且有优良的抗震性能，并在以上前提下优化设计以达到合理的工程造价。
参考文献：
[1]苏绍坚.住宅楼剪力墙结构设计分析[J].核工程研究与设计，2007，01．
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[3]李盛勇，张元坤.剪力墙边缘构件的一种科学配筋形式[J].建统结构，2003，08.
[4]薛云飞，马晓霞.谈剪力墙结构设计中的几个问题[J].陕西建筑，2008，06．
关键词：小高层住宅 钢筋混凝土 框架结构
中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：
一、 小高层钢筋混凝土结构的住宅的基本结构形式
1、 框架结构框架结构的特点是开间大、灵活性好、抗震性能较好，造价较低，但由于柱截面大于隔墙厚度而造成柱角外凸，影响家具的布置和美观，有时由于住宅中房间分隔的不规则性又造成柱网的难以布置。
2、框架一剪力墙结构在框架结构中布置一定数量的剪力墙就组成了框架一剪力墙结构。它是小高层住宅中应用比较广泛的一种主体结构型式。其特点是平面灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。
3、 大开间剪力墙结构随着时代的发展和人们生活水平的提高，原来建造的小开间剪力墙体系住宅在建筑功能上的局限性变得日益明显。从强度方面看，小开间结构中墙体的作用不能得到充分的发挥，并且过多的剪力墙布置还会导致较大的地震力，增加工程费用，另外，由于结构自重较大，也增加了基础的投资，因此，大开间剪力墙应运而生。承重墙的开间达到4.5m~7.5m，进深达到7.5m~1lm，室内一般无承重的横墙和纵墙，可以按照住户的不同要求灵活分隔，随着家庭的变化还可重新布置。 。
二、 小高层住宅钢筋混凝土结构设计的要点
1、 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素
在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在小高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2、轴向变形不容忽视
对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的小高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
3 、侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标
与低层住宅不同，结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计小高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为:①过大的侧移会使人不舒服，影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。③过大的侧移会因P一效应使结构产生附加内力，甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。
4、 结构平面、竖向布置
为了保证框架结构的抗震安全，结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。设计中应合理地布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应；平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小（不应在同一层同时改变构件的截面尺寸和材料强度），避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
抗震设计的框架结构，不宜采用单跨框架。如果不可避免的话，可设计为框架-剪力墙结构， 框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。
三、小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策略
1、 优化设计的方法
当前，在无成熟的优化设计分析软件的情况下，主要是应用小高层住宅结构分析软件，采用人工分析进行调整，运用概念设计的方法对不同的结构选型和布置不断的进行方案分析比较，以获得比较理想的结构方案，这是在结构设计中最常用的也是最简单的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得的方案是较合理、经济的，虽其费工费时、对设计人员的素质要求较高，但这种依靠设计人员经验进行人工优化的方法仍是当前所普遍采用的主要方法。对于同一小高层住宅方案，可以有许多不同的结构(包括基础)布置方案;确定了结构布置的小高层住宅物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法;分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是唯一的;小高层住宅物细部的处理更是不尽相同等等，这些问题目前计算机是无法完全解决的，都需要设计人员自己做出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
2、 性能分析
对结构体系来说足够的承载能力和变形能力是两个同时需要满足的条件。结合概念设计的理念，对上述两种结构体系进行对比分析，电算程序可以采用中国建筑科学研究院编制的结构空间有限元分析软件SATWE。在结构设计中，不仅要求结构具有足够的承载能力，还要求其有适当的刚度。高层结构的使用功能和安全与其侧移的大小密切相关，过大的侧向变形会使隔墙、维护墙及其饰面材料出现裂缝或损坏。结构分别按考虑5%的偶然偏心和双向地震力作用的不利情况计算出各结构体系层间位移角，剪力墙结构小于框剪结构，但均小于规范要求，且富裕量较大，说明两种结构体系满足刚度要求。
但就使用性能方面，剪力墙结构由于墙体太多，结构自重大，导致了较大的地震作用，混凝土和钢材用量也较高;同时也增加了基础工程的投资，而且限制了建筑上的灵活使用。而框架一剪力墙结构的特点是平面使用灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有着不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。由框架构成自由灵活的使用空间，容易满足不同建筑功能的要求;同时剪力墙具有相当大的抗侧移刚度，从而使框一剪结构具有较好的抗震能力，也大大减少了结构的侧移。
四、结语
随着我国经济的发展，人民生活水平进一步提高，用户对住宅的功能提出更高的要求，人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性，能够适应多功能变换的需求。因此，设计单位在拿到开发单位的设计意图后，应本着经济美观，安全适用的原则多为社会设计出更好的产品。
参考文献：
关键词：小高层住宅；结构设计；初探
中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：
随着我国经济的发展，人民生活水平进一步提高，用户对住宅的功能提出更高的要求，人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性，能够适应多功能变换的需求。因此，设计单位在拿到开发单位的设计意图后，应本着经济美观，安全适用的原则多为社会设计出更好的产品。
1 小高层钢筋混凝土结构的住宅的基本结构形式
1.1 框架结构
框架结构的特点是开间大、灵活性好、抗震性能较好，造价较低，但由于柱截面大于隔墙厚度而造成柱角外凸，影响家具的布置和美观，有时由于住宅中房间分隔的不规则性又造成柱网的难以布置。
1.2 框架一剪力墙结构
在框架结构中布置一定数量的剪力墙就组成了框架一剪力墙结构。它是小高层住宅中应用比较广泛的一种主体结构型式。其特点是平面灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。
1.3 大开间剪力墙结构
随着时代的发展和人们生活水平的提高，原来建造的小开间剪力墙体系住宅在建筑功能上的局限性变得日益明显。从强度方面看，小开间结构中墙体的作用不能得到充分的发挥，并且过多的剪力墙布置还会导致较大的地震力，增加工程费用，另外，由于结构自重较大，也增加了基础的投资，因此，大开间剪力墙应运而生。承重墙的开间达到4.5m～7.5m，进深达到7.5m～1lm，室内一般无承重的横墙和纵墙，可以按照住户的不同要求灵活分隔，随着家庭的变化还可重新布置。
1.4 短肢剪力墙结构
短肢剪力墙（墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙）介乎于异形框架柱和一般剪力墙之间，由于这种结构体系在建筑功能、结构形式、投资效益、节能指标等多方面效果良好，己成小高层住宅的主要结构形式。
2 小高层住宅钢筋混凝土结构设计的要点
2.1 水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素
在低层住宅中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在小高层住宅中，尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响，但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说，竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2.2 轴向变形不容忽视
对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的小高层住宅，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种差异轴向变形将会达到很大的数值，其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷，使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
2.3 侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标
与低层住宅不同，结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计小高层住宅时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要有足够的抗侧移刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为:①过大的侧移会使人不舒服，影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。③过大的侧移会因P一效应使结构产生附加内力，甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。
2.4 结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标
相对于低层住宅而言，小高层住宅更柔一些，地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
3 小高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策略
3.1 优化设计的方法
当前，在无成熟的优化设计分析软件的情况下，主要是应用小高层住宅结构分析软件，采用人工分析进行调整，运用概念设计的方法对不同的结构选型和布置不断的进行方案分析比较，以获得比较理想的结构方案，这是在结构设计中最常用的也是最简单的优选或者说是优化方法。用概念设计的方法所得的方案是较合理、经济的，虽其费工费时、对设计人员的素质要求较高，但这种依靠设计人员经验进行人工优化的方法仍是当前所普遍采用的主要方法。对于同一小高层住宅方案，可以有许多不同的结构(包括基础)布置方案;确定了结构布置的小高层住宅物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法;分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是唯一的;小高层住宅物细部的处理更是不尽相同等等，这些问题目前计算机是无法完全解决的，都需要设计人员自己做出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
3.2 性能分析
3.2.1 抗震性能分析
对结构体系来说足够的承载能力和变形能力是两个同时需要满足的条件。结合概念设计的理念，对上述两种结构体系进行对比分析，电算程序可以采用中国建筑科学研究院编制的结构空间有限元分析软件SATWE。在结构设计中，不仅要求结构具有足够的承载能力，还要求其有适当的刚度。高层结构的使用功能和安全与其侧移的大小密切相关，过大的侧向变形会使隔墙、维护墙及其饰面材料出现裂缝或损坏。结构分别按考虑5%的偶然偏心和双向地震力作用的不利情况计算出各结构体系层间位移角，剪力墙结构小于框剪结构，但均小于规范要求，且富裕量较大，说明两种结构体系满足刚度要求。
但就使用性能方面，剪力墙结构由于墙体太多，结构自重大，导致了较大的地震作用，混凝土和钢材用量也较高;同时也增加了基础工程的投资，而且限制了建筑上的灵活使用。而框架一剪力墙结构的特点是平面使用灵活，适用性强，结构合理，能使框架、剪力墙两种有着不同变形性能的抗侧力结构很好地协同发挥作用。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。由框架构成自由灵活的使用空间，容易满足不同建筑功能的要求;同时剪力墙具有相当大的抗侧移刚度，从而使框一剪结构具有较好的抗震能力，也大大减少了结构的侧移。
3.2.2 经济性比较
我们通过对三种钢筋混凝土住宅结构直接费的计算，发现三种钢筋混凝土住宅结构单位面积直接费相差不是很多，其中短肢剪力墙结构的单位面积直接费最大，框架一剪力墙结构的单位面积直接费最小，其中短肢剪力墙结构的单位面积直接费比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出12.5%，比大开间剪力墙结构的单位面积直接费高出7.3%，大开间剪力墙结构的单位面积直接费比框架一剪力墙结构的单位面积直接费高出4.9%。三种钢筋混凝土住宅结构的次要项目造价基本相同。单位面积造价框架一剪力墙结构的最小，框架一剪力墙结构的次之，短肢剪力墙结构的稍微较大，三种结构体系直接费最大相差不到45元/m2元。
4 结束语
随着社会经济的繁荣，我国小高层建筑发展迅速。设计思想也在不断更新。结构体系日趋多样化。小高层钢筋混凝土框架结构越来越广泛应用于建筑中，小高层钢筋混凝土框架结构设计有着光明的应用前景。我国尚未形成相应的规范，还需要进行大量的研究工作。
参考文献：
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