住宅楼结构设计精选(九篇)

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第1篇：住宅楼结构设计范文

关键词：等效静荷载标准值，人防荷载，荷载组合，平战结合。

中图分类号： TU318文献标识码： A 文章编号：

1.工程概况：

本工程为北京市某厂职工住宅楼工程。结构型式为地上6层砖混结构，地下室为1层现浇混凝土结构，基础为筏板基础。地下室为人防工程，人防抗力等级为5级二等人员掩蔽所。

2.人防结构设计的特点

防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；二是孔口防护设计，包括出入口的防护和消波系统，其中出入口的防护包含防护密闭门的选用、门框墙、临空墙的计算、出入口通道的计算等几个方面，而消波系统则包含防爆波活门的选用和扩散室的设计，这些内容的结构设计与一般的结构设计有以下几点不同:

第一，结构设计的可靠性可以降低；第二，考虑结构的动力响应；第三，结构构件可考虑进入塑性工作状态；第四，材料设计强度可以提高（实验表明，在快速加载的情况下，这时材料力学性能发生比较明显的变化，主要表现为强度提高，但变形性能包括塑性性能等基本不变，这对结构工作起到有利作用，例如钢材强度可提高1.2～1.5倍，对砼和砌体强度可提高1.5倍，这在设计中是通过考虑材料强度综合调整系数来完成的）；第五，重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的结构设计不同的，要求更为严格，故不能只考虑受力计算，还要考虑规范中规定的构造措施。

根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则，①平战结合，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定。②只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比来控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算。③只考虑一次核袭击。④注意各部件的协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用。⑤地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。了解了结构人防设计的特点及原则之后，我们首先就必须确定计算所需的荷载值。

3.人防荷载的确定

如前所述，人防地下室结构设计主要考虑抵抗空气冲击波。当核武器在空中爆炸冲击波传播到地表时，形成反射冲击波，因反射波是在被入射波压密和加热过的空气中传播，且压力又高，所以反射波的传播速度要比入射波快，当反射波波阵面赶上入射波波阵面后，则汇合成单一的冲击波，即合成波。防空地下室的顶板一般就直接承受地面冲击波的超压和负压作用，而对于侧壁和底板，因空气冲作用于地表，压迫土体并使其产生运动，上层土体受压后连续向下传递压力，这种土体的压缩状态由上向下逐层传播过程称为土中压缩波的传播，当遇到侧壁或底板的阻挡后，则会产生超压、动压和负压作用，这就是侧壁和底板需考虑的问题。

本工程人防地下室防护等级为5级(级别的确定是根据国家制订的《人民防空工程战术技术要求》确定的，是由人防部门确定后发文予设计单位)，采用全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室，各部位等效静荷载取值分别为：

3.1顶板：首层外墙为240mm烧结普通页岩砖，且墙面开孔面积小于50%，故计入上部建筑物对地面空气冲击波超压作用的影响，顶板覆土厚度为0.8m，持力层为圆砾层，可根据规范提供的顶板等效静荷载标准值表确定等效静荷载标准值qe1=120KN/m2。

3.2外墙：上部建筑物为抗震设防的砌体结构，故应计入上部建筑物对地面空气冲击波超压值的影响，根据本工程地质条件，地下室侧壁等效静载荷标准值qe2=50KN/m2。

3.3底板：本工程采用筏板基础，根据规范提供的钢筋混凝土底板等效静荷载标准值表确定等效静荷载标准值qe3=100KN/m2。

3.4门框墙：所受荷载由两部分组成，一是直接作用在门框墙上的等效静荷载标准值qe=380KN/m2；二是由门扇传来的等效静载标准值，分别按门扇的型号、大小计算确定。

3.5临空墙：依工程实际情况和规范临空墙的等效静荷载标准值表取其等效静荷载标准值为210KN/m2。

3.6隔墙：相邻防护单元间隔墙水平等效静荷载标准值为100KN/m2。

其它各种防护密闭门、防爆波活门、扩散室的设计压力均由规范中有关规定选用，当所有构件的等效静荷载值确定后，即可进行结构计算。

4.荷载组合和内力分析

作用在防空地下室结构上的荷载，应包括核爆动荷载、上部建筑物自重、土压力、水压力及防空地下室的自重等，规范中对防空地下室不同部位应考虑的荷载组合给出了一个表格，结构设计时可根据各工程的结构特点结合表格确定所需进行荷载组合的项目。

防空地下室结构荷载组合

在进行荷载组合时，需要明确两个问题：一是上部建筑物质自重标准值的确定，规范中已详细说明了各种不同的上部结构型式，在进行荷载组合时可分为全部考虑、考虑一半和不考虑三种情况。二是顶板的组合中是否考虑上部建筑物的倒塌荷载值，因为倒塌荷载的作用时间滞后于冲击波峰值作用时间，且规范规定的倒塌荷载产生的静荷载值为50KN/m2，小于冲击波对顶板的等效静荷载值，因此在顶板荷载组合中不必计入倒塌荷载值。

在防空地下室结构的设计中，其承载力设计应采用下列极限状态设计表达式：γ0 (γGSGK+γQSQK)≤R(fcd，fsd，αk，……)，需要指出的是几个系数的定义：γ0—结构重要性系数，取1.0；γQ—等效静荷载分项系数，取1.0；fcd—混凝土动力强度设计值；fsd—钢筋动 力强度设计值。由上式可明显看出人防设计的特点。

求出构件的内力代入理正人防计算软件即可分别计算出各构件的配筋，剩下需注意的问题还有一些构造要求，《规范》中已作了很详细的规定在此不一一叙述。

5.孔口防护和平战兼顾

孔口防护包含三部分的设计内容：一是防护密闭门与消波系统的设计，二是出入口通道内临空墙、门框墙的设计，三是孔口其它构件，如风井、防倒塌棚架、开敞式通道、相邻单元之间的隔墙等的设计。其中第二、三条中的临空墙、相邻单元之间的隔墙已在上面已经谈到了荷载的确定，而门框墙的设计一般是按悬臂梁计算，但需注意的就是因平时使用时需要的出入口通道均较宽，而战时又相应较窄，这样有可能会使门框墙的悬臂长度过长，而使水平筋过大，这种情况下，可考虑在不影响功能使用的前提下，加设柱、梁改变门框墙的受力型式，得到较为经济的设计效果。下面主要谈谈第一条的设计内容，当空气冲击波到达出入口通道时，虽然有通道出入口的扩散作用，但遇墙体和门的反射作用使作用在门上的总效应大于空气冲击波的压力，约为2.0～3.5倍 。为方便工程设计人员，国家将防密门进行系列化处理，依据设计压力和门洞尺寸就可直接选择定型的防密门。而消波系统的产生是因为滤毒通风设备所能承受的允许压力远小于空气冲击波，若其防护措施不能与主体抗力相适应，将直接影响整体工程防护能力。消波系统的基本思想是以堵为主，堵消结合，堵就是采用防爆波活门将冲击波的大部分阻挡在室外，消就是使从活门孔进入的少量冲击波通过扩散室的扩散膨胀作用削弱其压力，使其进入内部的压力不超过设备的允许压力。

平战兼顾设计是深入贯彻“平战结合”建设方针一个重要环节，由于人防工程是战时遭受敌袭击时作为保障城市居民生命安全和坚持工作的一种具有特殊功能要求的建筑物，因此它需要承受的荷载较一般结构大几十倍至数百倍，而且密闭要求很高，所以在设计中应尽量减小结构跨度，减少并缩小直通大气的各种孔口，而这种处理原则，恰为平时使用造成诸多困难，《规范》中对此点也作了指导性的规定，本工程人防地下室在平时主要作为自行车库使用。

6.结语

2005年底建设部颁发了新版《人民防空地下室设计规范》，新规范自2006年3月1日起实施，同时宣布原规范作废。由于本工程人防部分审批时在2005年7月，所以还是按照老规范进行设计。新老规范的区别主要是新规范中将人防地下室分为甲乙两类，甲类人防地下室结构应能承受常规武器和核武器爆炸动荷载的分别作用；乙类人防地下室结构应能承受常规武器爆炸动荷载的作用。按照新规范的划分，本工程应属乙类人防地下室，防常规武器抗力等级为5级。经对比新老规范发现，按老规范五级二等人员掩蔽所选取的各构件等效静荷载标准值均大于新规范乙类防常规武器抗力五级人防地下室各构件的静荷载标准值，故本工程的荷载取值相对新规范的要求是偏于保守的，是安全可靠完全满足设计要求的。

参考文献

[1] 人民防空地下室设计规范（2003年版）

[2] 人民防空地下室设计规范（2005年版）

第2篇：住宅楼结构设计范文

关键词：高层住宅；概念设计；基础设计；剪力墙设计

1 工程概况

某高层住宅，设计使用年限为 50年，建筑耐火等级为二级。抗震设防烈度为七度，主体为剪力墙结构，裙房为框架结构。地基基础设计等级为乙级，主体为筏板基础，裙房为柱下独立基础和墙下条形基础。总建筑面积为5231.08m2，东西长约45m，南北长约18m，主体为地上15层带 1层地下室，右边裙房为地上 1层带 1层地下室，前边裙房为地上 1层。

2 概念设计与总体指标控制

概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震的作用， 避免出现敏感的薄弱部位导致过早地破坏，因此剪力墙的布置应以此为原则精心布置，方可使结构在整体上安全合理。目前很多设计剪力墙满布，造成结构体系刚度过大，引起地震力加大，虽然满足强度要求，但混凝土用量大，钢筋用量也随之加大，并且加大后的地震力有时集中于某些薄弱部位，造成安全隐患。

建筑结构平面布置时，概念设计应尽量使 x向和 y向抗侧刚度接近，剪力墙不宜过多以免刚度过大。在竖向布置上也要力求均匀，避免少数楼层出现敏感薄弱部位，使结构整体形成均匀的抗侧力结构体系，在此基础上，结合电算才能作出安全、经济、合理的结构。在本工程住宅楼主体剪力墙时，x向剪力墙墙肢较短，y向剪力墙墙肢较长，墙肢尽量多做成带翼缘的L形、T形等，不做“一”字形短墙；高厚比多在8以上，通过这些措施使结构总体指标控制在规范允许范围内。总体指标对建筑物的总体判别十分有用。

3 基础设计

高层建筑剪力墙结构设计由于考虑埋置深度的要求，一般均设置地下室。基础多采用筏板基础。合理选择筏板厚度及边缘挑出长度也直接影响结构整体安全和工程造价。该工程上部 15层带 1层地下室，根据勘察报告，取筏板厚为1000mm，经细算后筏板可减至800mm。由于地库室为单层框架结构，筏板基础厚度计算后定为250mm，为解决柱对筏板的冲切，对柱下局部范围加厚（见附图1）。经此处理经济性明显。因此，基础选型应作方案比较，才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值，对高层来说一般筏板厚初选时可按楼层数计，即每层按 50mm厚增加。

筏板长度的设置应考虑地下室的使用合理性，通常采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝。本项目采用添加剂以补偿混凝土的因水化热引起膨胀与收缩，或采用纤维混凝土等方法在一定范围内可不设或少设后浇带，并且对所设后浇带采取必要的保护和加强措施。该工程地下室长120m，大于规范要求的55m，故筏板基础 采后浇带来解决结构超长的问题。并在塔楼与地下室之间设置后浇带，解决两种不同荷载之间的不均匀沉降问题（见附图2），效果良好。

4 剪力墙设计

4.1 剪力墙布置

剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且x，y两向的刚重比接近。在结构布置应避免“一”字形剪力墙，若出现则应尽可能布置成长墙（ h /w > 8）；应避免楼面主梁平面外搁置在剪力墙上，若无法避免，则剪力墙相应部位应设置暗柱，当梁高大于墙厚的 2.5倍时，应计算暗柱配筋，转角处墙肢应尽可能长，因转角处应力容易集中，有条件时两个方向均应布置成长墙；规范中对普通墙及短肢墙的界定是墙高厚比8倍及8倍以下为短肢墙，大于8倍则为普通墙。该工程剪力墙布置后，刚心和质心x向在同一位置，y向相差0.5m，大大减小了扭转效应；主梁搁置在剪力墙上的，在相应部位设置暗柱，以控制剪力墙平面外的弯矩。

4.2剪力墙配筋及构造

4.2.1剪力墙配筋

该工程剪力墙一层墙厚为 250mm，其余地面以上墙厚均为200mm，水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。六层以下水平筋￠10@ 200双层双向，双排钢筋之间采用￠6 @ 400拉筋；六层以上￠8 @ 200双层双向，双排钢筋之间采用￠6@ 600拉筋。地下部分墙体竖向配筋￠14@ 200为主要受力钢筋，水平筋则构造配置，该工程均取￠12@ 150。地下部分墙体配筋大多由水压力、土压力产生的侧压力控制，简化计算后由竖向筋控制。

4.2.2 剪力墙边缘构件的设置

试验研究表明，钢筋混凝土设置边缘构件后与不设边缘构件的矩形截面剪力墙相比，其极限承载力提高约40%，耗能能力增大20%，且增加了墙体的稳定性，因此一般一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应设置约束边缘构件；其余剪力墙应按《高规》第7.2.17条设置构造边缘构件。

对于本工程剪力墙来说，其暗柱配筋满足规范要求的最小配筋率，建议加强区0.7%，一般部位0.5%；对于短肢剪力墙，应按《高规》第7.1.2条控制配筋率加强区 1.2 %，一般部位1.0%；而对于一个方向长肢另一方向短肢的墙体，设计中往往按长肢墙进行暗柱配筋并不妥当，建议有两种方法：其一，计算中另一方向短肢不进入刚度，则配筋可不考虑该方向短肢影响；其二，计算中短肢计入刚度，则配筋中应考虑该方向短肢的不利影响。建议该短肢配筋率在加强区取1.0 %，一般部位可取0.8 %。该工程地面一、二层设置构造边缘构件，纵筋最大直径为￠14，加强区暗柱配筋率最大为 1.45%，最小0.8%；三层及三层以上为构造边缘构件，构造边缘构件纵筋配筋率普遍在 0.6%～0.7%。

4.2.3 剪力墙的连梁

剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，虽然在计算中对其刚度进行折减，但在地震作用下弯矩、剪力仍很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞顶算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。所以连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面，对于窗洞楼面至窗台部分可用轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加1根梁，2根梁之间用轻质材料填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋。该工程连梁截面均为墙厚×400mm，大部分连梁纵筋为4￠14，箍筋为￠8@ 100；个别连梁纵筋为 4￠16，箍筋为￠8@100。

5结语

综上所述，在高层建筑转换层的结构设计时，既要尽可能地满足建筑的使用功能的要求，又要使结构体系更加合理，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，从而满足建筑结构合理的使用要求。

参考文献

第3篇：住宅楼结构设计范文

关键词：高层住宅楼；抗震设计

引言

我国处于地震多发区，结构抗震分析和设计已提到我国建筑设计的日程上了。国内虽有一些高层结构设计理念，但可靠性仍值得商榷。近年来随着人们对住宅要求的不断提高，原来普通框架结构已不能满足人们对住宅空间的要求。于是经过不断的实践和改进，出现了目前这种以剪力墙为基础，并吸取框架的优点的高层住宅建筑抗震结构设计。

1地震给建筑带来的危害

地震带来的危害已经不容忽视，房屋受到地震很多危害，地震来临时的风荷载对于高层建筑的危害是巨大的。如下图所示：由于震区砌体结构房屋普遍采用预知空心楼板，没有按照规范要求进行设计成装配整体式楼盖，地震发生时墙体受到破坏，导致楼板塌落，达不到装配整体式楼盖的效果。据有关方面调查，不规则建筑物，特别是沿竖向不规则的房屋建筑所受到的地震破坏较为严重，主要是结构底层是空旷结构，大多底层为大开间框架结构，由于底层形成薄弱层，达不到抵御刚度与强度的要求，在受到强烈地震时，出现底层倒塌、倾斜。此外，突出屋面的小塔楼结构由于沿竖向质量与刚度突然变化，容易产生鞭稍效应，从而在地震中绝大部分受到损坏。从地震受害的整体情况看来，框架剪力墙结构基本完好或只受到轻微破坏。但是有极少部分的框架结构受到严重破坏并倒塌，主要表现在柱上下端或框架梁、柱节点核心区域的剪切破坏。在地震中，框架结构的楼梯间震受到的破坏较为普遍，本应成为逃生通道的楼梯间却是倒塌最为严重的区域。同时，框架结构中最为常见的震害部位是填充墙破坏，在汶川地震中的表现非常明显。

2高层住宅抗震设计特点

随着建筑高度的不断增加，建筑的侧向位移也会随之而增加，所以设计高层建筑的过程中，不但要结构上有着足够大的强度，同时结构上还要有具体的刚度，让结构有个合理的自振频率，使水平力的作用层位移具体控制在一个范围内。结构还要有一个良好的廷性.相对一些较低的楼房来说，高楼的结构会更加柔和一点，在实际地震作用下其变形就会更大一点。其是影响建筑结构的耐震性的主要因素是结构的变形能力和承载力，所以为了让结构进入塑性的变形阶段之后还能有着较强的实际变形能力，预防高层建筑在一些大地震中倒塌。

3住宅高层建筑结构抗震设计时应注意的措施

抗震设计要刚柔相济，选择合适的结构形式。抗震设计的高层建筑建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级，地下室柱截而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；地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。9度抗震设计时.地下室结构的抗震等级不应低于二级。抗震设计与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。房屋高度大、柱距较大而柱中轴力较大时，宜采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱，或采用高强度混凝土柱。一次地震造成的破坏大小，不仅跟震级、震中距有关，还取决于震源深度、地质构造、地基条件和建筑物结构、材料、施工质量等因素，因此没法断言“房子能抗几级地震”。我国抗震设防烈度分6-9度，度数越高要求越严。

加强结构设计的优化，认清主次，通过多种目标与单一目标的优化使设计的效果令人满意。同时，还应加强房屋耐久性设计，在原来的结构设计方案中，建筑结构设计的耐久性往往没有得到设计人员充分的考虑，其实就是在规定的使用年限内对于用户的各种正常使用要求均能够满足。在实际情况中，许多方案设计都没有达到这些要求，出现这种情况的主要原因是设计时没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响，从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层进行混凝土进行设计时，主要都集中在造价、材料上，所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计，如今人们的生活水平不断的提高，对工程的质量要求也相应的得到提高，所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时，就要果断的放弃经济这个指标。结构体系的选择是高层建筑钢筋混凝土设计的重点之一，在一些地基基础比较稳固的地方，在上部结构能够满足变形限值的前提下，考虑到建筑的外观问题，可以尽量减小刚度。

在框架结构与顶盖结构设计中，填充墙会直接使结构的实际刚度大于设计时的刚度，所以这就会导致计算周期远远大于结构的实际周期，因此，计算出的结构剪力比较小时，这就会使房屋建筑的结构不安全，所以要把建筑物的结构计算周期进行适当的折减，只有这样建筑的效果才能有所改善。除了没有墙的框架结构，其余都要进行适量的折减。

4高层住宅结构抗震设计

4.1结构布置

建筑物结构平面应避免发生地震引起结构局部应立即中和扭转，结构的竖向布置要以整体的稳定性为前提，避免结构刚度突变。框架结构的刚度沿高度不应突变，避免形成短柱导致薄弱层产生。由于框架短柱在进行抗震作用时会发生脆性破坏，导致结构整体受到严重破坏，甚至倒塌，因此，在进行结构设计时，应尽量避免设计成短柱，如果难以避免，必须采取措施，如复合箍筋、螺旋箍筋等防止短柱受到粘着破坏或剪力破坏，增加短柱的耗能能力。为了避免形成较大的偏心距，梁与柱的轴线应重合，柱的截面不应过小。多层砌体结构建筑物由于砌体是较为脆性的材料，抗拉与抗剪的强度都比较低，因此砌体结构抗震性能较差，必须优选横墙承重，纵横墙的布置应均匀，达到砌体建筑物的高宽比限制。

4.2合理设置防震缝

为了降低建筑物抗震设计难度，提高抗震设计的可靠性，缝两侧上部结构要完全分开。通过实践验证，设置多道抗震防线对于建筑物抗震是非常有利的。

结束语

设计者应根据工程抗震概念各方面的知识和经验，作出正确的工程判断，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，探求出一种实用可行的二步或三步设防的合理有效的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展。

参考文献

[1] 杨威，王满生，陈俞，朱尔玉，纪晓东，刘辉. 农村典型砖砌体结构房屋抗震性能试验研究[J]. 地震工程与工程振动. 2013（02）

第4篇：住宅楼结构设计范文

关键词：异形柱 短肢剪力墙 受力情况

中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（a）-0115-02

以往宅楼设计多采有砌体结构或框架结构两种体系，近年来，从多层框架结构和剪力墙结构衍生发展异形柱框架结构和短肢剪力墙结构。因其能较好地满足建筑使用上和结构上的要求，很大程度上克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺陷，而得到了推广和应用。下面对这两种新的高层住宅结构形式的受力特点、结构分析及构造要求进行阐述。

1 异形柱结构

异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2～4，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。这种结构的特点如下。

（1）由于截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载力也有较大差异。

（2）对于长柱（H/h>4）可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。而对短柱（H/h

（3）异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显。

（4）特别是异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析，异形柱的破坏形态为：弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等，影响其破坏形态的因素有：荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比（剪跨比），配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。

2 异形柱框架结构的计算

在国家现行规范中没有给出异形柱框架结构的设计计算方法，工程实践，提出异形框架结构应满足的一些结构构造要求。利用现有的计算机软件，用普通框架结构分析出矩形柱的内力和实际配筋，然后利用以下的叙述方法，用异形柱替代矩形柱，就可以快速而精确的分析出异形柱框架结构的内力。

2.1 等刚度原理

框架结构梁、柱内力的分配只和刚度相关（i=EI/L），刚度大的柱将分配到较大的水平力，因此，在计算时通过刚度相等原理，把T形、L形、十字形柱换算成矩形柱，进人相关的PK软件程序，根据内力可算出正确的配筋。

2.2 柱轴压比的控制

根据规范（GBJ10-89）规定，抗震设计时，框架柱在竖向荷载与地震作用组合下的轴压比宜满足轴压比限制（N/fcmbh）。柱轴压比反映柱构件的变形能力，是影响柱破坏形态的重要因素。因此须严格控制柱轴压比，同时避免柱净高与柱肢长之比小于4的短柱。异形柱框架结构和普通框架结构不仅柱截面进行刚度代换，而且还需柱截面面积相等原则进行计算，即同时满足下面三式：

A>AR （1）

Ix>IRx （2）

Iy>IRY （3）

式中A，AR为异形柱及等效矩形柱截面积；

IX，IY，IRX，IRY为异形柱及等效矩形柱截面X，Y向主形心惯心矩。

2.3 异形柱肢支的取用

竖向荷载是通过梁传递给柱的，由于异形柱的柱肢较长，支撑反力作用点距柱形心较远，故异形柱在竖向荷载作用下，一般处于双向偏心受压状态。异形柱肢长过长，对结构受力性能不利。异形柱可能因柱肢端受力过于集中而发生失稳破坏，或者异形柱局部承压面积过小，而丧失承载能力。实际设计中异形柱肢长究竟在什么范围内才可取面积等效的矩形计算？根据国内外有关资料，肢厚比应不大于4，小墙肢的截面高度不宜小于3bw（JGJ3-2010），同时满足柱净高与截面长边尺寸或等于4。

2.4 其它结构构造措施

框架结构体系应布局合理，刚度均匀，柱布置宜规整对齐，传递内力明确，并应满足抗震设计中轴压比限制，实现强柱弱梁、强剪弱弯、提高框架柱的延性。异形柱箍筋加密区及柱肢内纵筋间距应满足普通框架结构矩形柱的有关规范。

3 短肢剪力墙结构

短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5～8倍剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。这种结构型式的特点如图1所示。

（1）结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾。

（2）墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置。

（3）能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单。

（4）连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽。

（5）根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求。

对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆―系簿壁柱空间分析方法或空间杆―墙组元分析方法。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系―簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间杆―墙组元程序进行校核。

在进行以上分析后，按《高层建筑结构设计与施工规范》进行截面与构造设计，相对于异形柱结构，短肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟，但这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。

（1）由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防。

（2）短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，应加强其抗震构造措施；

（3）高层短肢剪力墙结构在水平力作用下，显现整体弯曲变形为主，底部小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力，上一些模型试验反映出外周边肢开裂，因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量，加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接，避免形成孤立的“一”字形墙肢。

（4）各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近，必要时用长肢墙来调整刚度中心。

（5）高层结构中的边梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使期设计内力降低，应按普通框架梁要求，控制砼压区高度，其梁端负弯矩筋可由塑性调幅70%～80%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。

总之，在结构设计中根据其受力的特点，充分了解其破坏的各种机理，选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，其结构才能有可靠的安全保证。

参考文献

[1] 刘斌，骆祥平.高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计方法改进之探讨[J].建筑施工，2004（4）.

[2] 张辉.建筑短肢剪力墙结构的设计与计算[J].科技资讯，2006（17）.

[3] 叶倩.异形柱结构和短肢剪力墙结构设计探讨[J].煤炭工程，2007（4）.

[4] 赵丕峰，孙建刚，崔春霞.异形柱与短肢剪力墙分析探讨[J].山西建筑，2007（11）.

[5] 张军谋，李青宁，罗时磊.短肢剪力墙空间剪滞墙元模型[J].世界地震工程，2005（1）.

[6] 苏晓华，彭文洁，初艳鲲.短肢剪力墙与异形柱结构的受力特点分析[J].科技资讯，2007（3）.

[7] 李国民，邹晓理.短肢剪力墙施工缝的处理[J].建筑工人，2006（7）.

[8] 魏巍，张延东，刘舰.短肢剪力墙结构体系的特点及其应用研究[J].辽宁工学院学报，2004（3）.

[9] 黄建，杨威.短肢剪力墙技术新观―― 短肢剪力墙住宅结构体系在“龙泽苑”项目中的应用及相关技术探讨[J].城市开发，2005（7）.

[10] 叶列军，王皓.异形柱与短肢剪力墙结构设计的对比应用[J].科技资讯，2007（11）.

[11] 叶列军，王皓.异形柱与短肢剪力墙结构设计的对比应用[J].科技资讯，2007（10）.

第5篇：住宅楼结构设计范文

关键词：裂缝；检测；处理技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A

一、概述

建筑业的快速发展，各种新型材料、新型工艺不断涌现，在给人们带来众多惊喜的同时却仍然没有很好地解决建筑业长期存在的一个问题--裂缝。我国“十二五”产业规划中，房屋裂缝的检测及处理技术，仍然是建筑业10大新技术之一（2010版），大量既有民用与工业建筑和一般构筑物结构开裂是一个普遍但又无法回避的问题，由此引发的纠纷不计其数。但由于不同结构形式构件开裂原因及其对结构影响的复杂性不同，如何有效但又系统地给出裂缝处理的具体建议一直是建筑业所面临的难题。因此，建筑业的迅猛发展必然会使建筑裂缝问题更加凸显。据统计，由于房屋开裂引起的各种投诉事件和民事纠纷近年来明显增多，怎样在不影响建筑业快速发展的同时又不放大建筑裂缝产生的影响就成了亟需解决的问题。

现行设计和施工质量验收规范对房屋裂缝的宽度等指标有明确的要求，但房屋在使用阶段产生裂缝后如何处理在国内都没有标准作出相应要求。房屋结构中的裂缝80%属于构造裂缝，仅20%属于承载力不足引起的结构裂缝，而承载力不足可以采用相应的加固设计规范来进行结构加固，因此，编制一本主要针对占裂缝数量80%的构造裂缝的《房屋裂缝检测与处理技术规程》（以下简称《规程》）就成为了时代的呼声，我国已颁布《房屋裂缝检测与处理技术规程》（CECS293：2011），自2011年9月1日起实施。

二、工程实例

1 工程概况

某住宅楼于2006年竣工，地下1层，地上6层。

住宅楼结构为框架结构体系，按6度抗震设防。住宅楼平面基本形状呈矩形，总长度为25.0m，总宽度为10.9m，梁、板混凝土设计抗压强度等级为C30。平面图如图1所示。

2 检测原因与内容

检测鉴定主要内容为：

（1）住宅楼楼板结构的检测鉴定。

（2）住宅楼楼板裂缝的检测鉴定。

（3）分析住宅楼楼板结构产生裂缝的主要原因。

（4）提出住宅楼楼板结构裂缝的处理方案。

三、检测

1 楼板混凝土抗压强度检测

采用回弹法对楼板混凝土抗压强度进行检测，检测结构见表1。

检测结果表明，所检测楼板的混凝土抗压强度满足原设计C30的强度要求。

2 楼板底部钢筋检测

采用CM9的钢筋探测仪对该楼板部配置的钢筋受力的直径、间距、保护层厚度进行检测，检测结果见表2。

检测结果表明：气枪油罐的楼板底筋混凝土保护层厚度满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002），表5.5.2对板保护层的厚度允许偏差-3mm、

+3mm的要求，楼板底部受力钢筋间距满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）表5.5.2对板中受力钢筋间距允偏差-10mm、+10mm的要求。

3 楼板厚度检测

采用楼板厚度检测仪对该楼板板厚进行检测，结果见表3

检测结果表明，所检测的楼板厚度满足《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）表8.3.2-1对截面尺寸允许偏差-5mm、+8mm的要求。

4 楼板裂缝检测

m，如图2所示。

四、裂缝原因分析及处理

1 裂缝原因分析及处理

由《房屋裂缝检测与处理技术规程》第8.4.2条第1款和第2款知，该楼面板的强度以及其钢筋的配置均符合原设计要求。

计算复核如下：

对该楼板沿长、短边方向各取1m宽的板带，分别验算各方向跨中截面的正截面受弯承载车，楼板按四边支承板考虑，板端约束条件按简支考虑，依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中式：

计算结果得：

其中，M1、M2分别表示短边和长边方向的跨中弯矩。

计算结果表明，该楼板满足承载力要求，属非荷载裂缝，即楼板满足受力要求。

经分析，产生的裂缝为干缩裂缝。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束而产生裂缝，同《房屋裂缝检测与处理技术规程》附表中A中表A-2里板的混凝土收缩裂缝。

2 裂缝处理

根据《房屋裂缝检测与处理技术规程》表5.3.1混凝土结构构件的非荷载裂缝修补处理的宽度限值，以及第5.3.3条，对楼板采用压力注浆法进行处理。

五、裂缝施工与检验

根据《房屋裂缝检测与处理技术规程》第6.1.4、6.1.6、6.1.7条及第6.2.2条规定，具体施工过程中如下：

（1）对出现裂缝的构件进行界面处理，应沿着裂缝走向以及两侧100mm范围内，进行整平以及清除油垢或其他杂物。

（2）在裂缝端部、交叉处和较宽处钻孔至裂缝深处，并埋设注浆管，间隔为400mm。

（3）采用专用的封缝胶，用封缝胶封信裂缝，胶层应无气泡、砂眼、厚度大于2mm，且与注浆嘴密封连接。

（4）进行注浆，按由宽到细，由一端到另一端，由高到低的顺序依次进行。

（5）注浆完成后，稳定压力一定时间，再关闭注浆嘴。

根据《房屋裂缝检测与处理技术规程》第6.2.2条规定，应对处理后的裂缝进行全数检查，具体检验方法如下：

封缝胶泥固化后立即进行压气试验，检查密封效果，观察注浆嘴压入压缩空气压力值等于注浆压力值时是否有漏气的气泡出现，若有漏气，应用胶泥修补，直至无气泡出现。

参考文献

[1]房屋裂缝检测与处理技术规程.CECS293：2011[Z].

第6篇：住宅楼结构设计范文

【关键词】组合楼盖钢梁；静载试验；安全性评定

压型钢板与混凝土组合楼板是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型楼板，通常其肋部采用钢梁，翼板采用混凝土板，两者间用抗剪连接件连成整体。压型钢板混凝土组合楼盖最早应用于欧美国家，当时把压型钢板主要作为浇筑混凝土的永久性模板及施工操作平台，并能数楼层立体作业，加快施工进度。与其他结构相比：在组合结构中，钢梁的高度可以减小；可以极大的简化支模工作，有时可不用模板，因而可降低造价和加快施工进度；不受配筋率的影响，同样的截面可以有大得多的承载能力，因而可以减小结构的截面和自重，增加使用面积；目前在我国得到了大力的发展和推广。

与此同时，我国存在部分建筑由于使用功能改变，需要对既有建筑进行功能改造，室内增设夹层的现象较为普遍。其结构方案多种多样，如何优选出经济、便捷的增层方案，是设计时需要考虑的主要因素。压型钢板与混凝土组合楼板体系为原有建筑增设夹层提供了较好的解决方案。但是在结构设计计算中，常会出现肋部钢梁挠度验算不满足规范要求的情况，原因是由于验算中未考虑组合楼板刚度对钢梁的作用。

1 工程概况

某商品住宅楼结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构。采用筏板基础，考虑到结构使用安全及外立面效果，在住宅套内挑板区域增加了压型钢板与混凝土组合楼板如图1所示，设计使用活荷载标准值为2.0kN/m2。后由相关单位复核验算发现肋部钢梁挠度验算不满足规范要求，为保证结构安全性，选取现场两块典型板进行荷载试验。根据《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344-2004）相关条款规定检测其钢梁加载后实际挠度变化值。

图1 楼面板及钢梁现状图 图2 现场加载图

2 钢梁静载试验方案

本次楼面板静载试验根据设计图纸，现行国家相关规范以及委托方提供的加载要求，选取现场两块典型板进行荷载试验。

2.1 试验荷载确定

根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）相关规定，按照正常使用极限状态确定施加的荷载，恒载为钢-混凝土组合楼盖自重（已存在）+板面、板底装修荷载（2.5kN/m2），活载标准值取2.0kN/m2，荷载组合后所需施加荷载为：2.5+2.0=4.5kN/m2。

2.2 加载方案和程序

本次静载试验采用袋装黄砂为荷载如图2所示，加载重物黄砂采用在干燥环境中获得的材料，以防止随环境湿度不同而引起的含水率变化，造成荷载不稳定。应加荷载值为4.5kN/m2，分九级加载与卸载，加载程序如表1所示。

2.3 挠度检测

根据《混凝土结构试验方法标准》GB50152-92和《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004相关规定，根据加载程序，在每级加载持荷时间后量测钢梁跨中挠度。在加载过程中，如发现钢梁跨中挠度大于现行规范允许值，应立即停止加载。百分表测点布置如图3所示，挠度测试现场如图4所示。

表1 静载试验加载程序

注：每次卸载及持荷时间按加载程序，持荷30分钟.

图3 挠度测点布置图 图4 挠度测量仪器分布图

3 试验结果分析

根据荷载试验挠度记录表所记录的钢梁挠度变化数据，剔除误差数据后，我们采用了OriginLab公司研发的专业制图和数据分析软件Origin对数据结果进行了分析，并绘制了两块组合楼盖主钢梁跨中荷载-挠度加载曲线、变形曲线。试验结果如图5、图6、图7、图8、表2所示：

图5 主钢梁1跨中荷载-挠度加载曲线

图6 主钢梁2跨中荷载-挠度加载曲线

图7 主钢梁1变形曲线

图8 主钢梁2变形曲线

表2 钢梁挠度检验值

按照正常使用极限状态确定荷载作用，两块组合楼盖肋部钢梁在荷载作用下跨中挠度变化很小，均未超过规范挠度限值的要求，可满足正常使用的要求。

4 结语

本文以某住宅楼加建压型钢板组合楼盖荷载试验为例，详细介绍了加载试验方案的确定、测点的布置，测试数据的处理等，从试验数据和分析结果看来，该试验方法简单有效。但方案确定时还有以下问题有待商榷：

（1）应按照不同工况布置所加荷载，取其最大值作为结论依据。

（2）组合楼盖与钢梁非刚性连接，在相交处可能存在局部缝隙，影响最终挠度值。

（3）荷载施加非均布面荷载，可采用蓄水加载方式，利用蓄水、放水实现加载和卸载。

【参考文献】

[1]GB/T50344-2004 建筑结构检测技术标准[S].

[2]GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S].

[3]GB50009-2001 建筑结构荷载规范[S].

第7篇：住宅楼结构设计范文

[关键词]结构设计场地安评报告弹性时程分析构造措施

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：

一、绪论

2008年我公司承接了北京市通州区某小区35层高剪力墙住宅的设计任务，该小区总建筑面积60万平米，分二期开发，一期包括7幢住宅楼和一个地下二层的车库，总建筑面积约30万平米。该工程7幢住宅楼均为地下二层，地上最高35层，层高2.8米，建筑物总高度98米。相对于目前大部分的剪力墙住宅结构，该工程由于总高度高、处于8度抗震设防区，且场地土类型为III类，在结构设计上有其复杂性和特殊性，按照抗震规范要求该工程超过80米高度的抗震等级为一级，同时应采用弹性时程分析法对建筑物进行补充结构分析。下面以其中7号楼为例具体总结结构设计的整个过程及相关问题的处理。

工程概况：

该工程位于北京市通州区，建筑物檐口高度98米，结构安全等级二级，设计使用年限50年，抗震设防类别为丙类，III类场地土，结构抗震等级一级，地基处理采用CFG桩加碎石桩，基础形式采用筏板基础，地基基础设计等级为一级，地下二层为五级人防人员掩蔽所，

设计采用PKPM软件系列。

结构方案设计

按照建筑抗震规范和高层混凝土结构技术规程要求，结构布置

应尽量规则、对称，但由于本工程的建筑方案设计为上海某公司，为满足甲方使用上的要求，使得结构主体布置平面凹凸较大，使得局部楼板不连续，同时左右方向布置极不对称，对于接近100米的高层建筑来说使得结构扭转效应非常明显，为控制结构扭转效应，方案设计时首先在单元之间通过设置变形缝将各单元分开，使各单元之间成为一个独立结构单元，结构平面布置相对简单、规则，质量、刚度和承载力分布相对均匀一些，单元凸出部位周边墙体人为加厚；中间楼电梯间开洞比较集中的部位，考虑对结构产生的不利影响，对该部位周边楼板人为加厚，并设置双层双向钢筋来加强结构的整体性。对于较大凹槽使得楼板局部不连续的部位，只能通过在凹槽部位层层加设拉梁或者加设一定宽度的板带来处理，经与建筑专业协商通过加梁来处理。对于建筑平面布置中门窗洞口不规则的部位，通过设置结构施工洞尽量较少结构的扭转效应。本工程设计计算中对整体结构布置进行了多次优化，最后通过采取以上措施，使得整个结构体系相对规则，各项计算指标均满足了规范的相关要求,本工程结构平面布置如下图所示：

结构计算

设计采用PKPM系列软件,考虑墙面装修荷载，将混凝土材料自重设为26KN/m2；结构基本周期的折减系数对于剪力墙结构来说一般取值范围为0.85~0.95,考虑本工程后砌隔墙较少，折减系数取为0.95；为减少连梁超筋情况，连梁刚度折减系数取为0.55；为减少单位面积用钢量，对于由内力来控制的构件钢筋设计尽量采用HRB400级钢，构造钢筋采用HPB235级。结构周期、地震力与振型计算结果如下所示,结构位移计算也满足了规范要求。

周期、地震力与振型输出文件

考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数

振型号周 期转 角 平动系数 (X+Y)扭转系数

1 2.1055 71.910.99 ( 0.10+0.90 )0.01

2 1.7461159.950.89 ( 0.78+0.10 )0.11

3 1.4465176.970.12 ( 0.12+0.00 )0.88

地震作用最大的方向 =77.414 (度)

X 方向的有效质量系数:98.48%

Y 方向的有效质量系数:98.59%

结构构件设计

第8篇：住宅楼结构设计范文

关键词:抗震性能;钢结构;住宅;建筑

中图分类号:TU391

文献标识码:B

文章编号:1005-569X(2010)06-0156-02

1 引言

近几年,我国的住宅建筑产业化发展速度十分迅猛,发展方向突破传统的户型、材料和结构体系呈多元化趋势,关于住宅建筑行业发展的讨论也是百家争鸣、各具特色。作为住宅建筑领域的新兴力量,钢结构住宅的发展和讨论也越来越被业界和学界所重视[1]。而我国属于一个地震多发的国家,建筑灾害成为地震灾害中最具破坏和杀伤力的灾害,这更加强了全国从事钢结构设计和研究的同仁们对于普通住宅建筑抗震的思考。本文针对住宅建筑的钢结构,探讨其抗震性能。

2 住宅建筑钢结构的抗震结构

住宅抗震性能研究以居民钢结构住宅楼为研究工程案例,该住宅楼轴线长482m,宽137m,共6层,主体结构高201m,总高246m,局部凹进48m,建筑高宽比176小于九度抗震限制55,建筑总面积479759m2。

2.1 墙体材料的选择

由于居民钢结构住宅楼钢结构体系的框架重的特性,故考虑选用轻质块材墙体比较适合,通常包括蒸压加气混凝土砌块墙体、混土小型空心砌块墙体(普通型和轻集料)、粉煤灰砌块墙体等。蒸压加气混凝土砌块是以水泥、石灰、矿渣、砂、粉煤灰、铝粉等为原料经细、计量配料、搅拌浇注、发气膨胀、静停切割、蒸压养护、成品加工、包装工序制造而成的多孔混凝土。它具有质轻、保温、防火、可锯、可加工等特点,选用尺寸规格为(600mm×100mm)-(300mm×20mm~300mm)。加气混凝土表面强度低、空隙率大、吸水性高,用于外墙勒脚处应砌筑200mm高混凝土,以防止潮气渗入。

2.2 纯钢框架结构的布置

受梁柱体系高跨比的限制,随着跨度的增加,结构钢梁的高度也随之增加,通常结构钢梁高跨比1∶15~20[2]。从结构受力分析的合理性和经济性两方面考虑,居民钢结构住宅楼大跨度钢结构柱网以6~7.2m为宜。此时结构梁高约300mm~500mm,按建筑层高2.8m考虑,立面开窗高度能达1.4m以上。

此外在实际住宅建筑过程中,居民钢结构住宅楼将梁柱连接中在梁翼缘部位采取有可靠连接且刚度较大的连接形式,当作刚接,否则,当作铰接。当梁柱连接按刚接或铰接进行框架计算与设计时,其构造应尽量符合刚接或铰接的假定,以使结构内力分析准确,设计安全。

3 住宅建筑钢结构的抗震性能设计

3.1 抗震设计思想

针对该居民钢结构住宅楼,采用以概率理论为基础的多水准设计方法,并参考国外抗震设计思想来研究其抗震设计,具体设计思想如下描述。

(l)当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求居民钢结构住宅楼结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求居民钢结构住宅楼的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。

(2)当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,居民钢结构住宅楼可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求居民钢结构住宅楼结构具有相当的延性能力(变形能力),不发生不可修复的脆性破坏。

(3)当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,居民钢结构住宅楼结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求居民钢结构住宅楼具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

3.2 抗震反应谱分析

按照《建筑规范抗震设计的要求》,多遇地震下地震影响系数取0.16,结构阻尼比取0.035,场地特征周期取0.455[3]。居民钢结构住宅楼地震反应谱计算结果如表1所示:

表1 普通住宅建筑地震反应谱计算结果

结构形式KJKJ-ZCKJ-JLQ

顶点位移102.226838

出现位置第二层第二层顶层

柱端底部剪力1609956200

柱端底部剪力占底部总剪力百分比100%55.4%7.4%

剪重比4%4.7%6.7%

从计算结果可以看出,在8度地震作用下,柱底剪力明显减小,支撑和剪墙对于分担柱底剪力的效果非常明显,纯框架结构在该烈度下抵抗侧移的能力显不足,在X和Y方向均没能控制柱层间位移角超限。由于支撑的分散布置,度增加对于周围柱子的承载力没有带来太大的压力,剪重比数值都很下,说明罕遇地震非线性的分析中考虑重力二阶效应是十分必要的,而且很有可能成为控制因素。而且柱子采用箱型柱也免去了强弱轴差异带来的结构,使某个单一方向的刚度不足,随着抗侧力刚度的增加,最大层间位移角有向上发展的趋势。

在居民钢结构住宅楼中,钢框架结构和钢框架支撑结构柱子的作用有很大程度的浪费,为了降低用钢量,可采用变截面设计,随着楼层的增加对柱子截面进行折减。框架剪力墙结构的层间位移图形比较平滑,楼层间的侧移变化不是很大,且最大层间位移有向顶层发展的趋势,在设计的过程中不但不能采用变截面折减,相反需要考虑顶层位移的控制。

4 结语

住宅建筑纯钢框架结构在8度区的抗震表现虽然不是很理想,在侧移方面不能达到规范的要求,但是由于调整的幅度不是很大,可以尝试增大构件截面的方式来控制位移超限,需要指出的是,由于在居民钢结构住宅楼钢结构中使用了箱型截面的框架柱,其在控制两个方向侧移、和承载力方面的效果比较显著,在实际的设计中是一个重点可以考虑的柱形方案。

参考文献:

[1] 张 涛,王元清,石永久,等.钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的抗震性能反应谱分析[J].工程抗震与加固改造, 2006(3):95~100.

[2] 张 保, 聂子云. 钢结构的抗震性能分析与设计[J]. 硅谷,2009(17):19.

第9篇：住宅楼结构设计范文

关键词：高层建筑 结构设计 优化

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构设计占有更重要的位置，结构设计的质量直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。高层建筑结构设计具有以下特点：

1.水平力起着决定性作用。

在以往对低层和多层的结构设计中，通常都是以竖向荷载为代表，而对于高层建筑的结构设计，由其水平荷载发挥着决定性的作用，竖向荷载虽然对结构设计也具有非常重要的意义，但却不是最为关键的设计因素。因为在高层建筑结构设计中，竖向轴力与弯矩的数值与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载对结构的倾覆力及轴力，是与建筑的两次方成正比。所以水平荷载具有决定性作用。因此，我们不难得出结论，在高层建筑结构越来越高、体积越来越大的发展趋势下，水平荷载的因素要予以重点考虑，这是维护高层建筑结构稳定性的需要，同时也是设计高层建筑结构的必然要求。

2.侧移。在高层建筑结构设计中，随着高度的不断增加，则会导致水平荷载下结构的侧向变形不断的增大，其与建筑高度的4 次方成正比，在这种情况下，结构侧移则成为高层结构设计中关键的因素。

3.轴向变形

在高层建筑复杂化的趋势下，轴向变形的因素变得越来越重要，特别是在高层建筑高度升高的情况下，竖向的荷载会大幅度增加，进而引起高层建筑结构中柱体会出现轴向形变，从而在高层建筑结构的连续梁上出现弯矩的影响，最终会影响到高层建筑结构的稳定性，因此在高层建筑结构设计中要对轴向变形予以重视。

二、高层建筑结构优化设计案例分析

1 工程概况

某项目建筑面积为33819.0m2，地下2 层为停车库，地上1~3 层为商业，4~30 层为住宅，顶部设有出屋面电梯机房及水箱间，采用框架―剪力墙结构。抗震设防烈度8 度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，建筑物场地土类别为Ⅱ类，基本风压Wo=0.40kN/m2。该建筑地下室～4 层剪力墙厚度为：350mm；6 层～12 层剪力墙厚度为：300mm；13层～21 层剪力墙厚度为：250mm；22 层～屋顶剪力墙厚度为：200mm；楼、电梯间剪力墙厚均为250mm 和160mm。基础型式为桩和承合基础。采用中国建筑科学研究院PKPM 系列软件进行上部结构和基础的计算。

2 结构体系选型

建筑物结构形式的选择对建筑的使用功能、结构可靠性、建筑的抗震性能、工程造价等具有很大影响。因而在结构设计中体系选型显得十分重要。剪力墙结构是一种由钢筋混凝土墙体作为抗侧力单元，同时承担竖向荷载和地震作用的一种结构体系；它刚度大，空间整体性好，用钢量较省；可以很好地适应墙体较多、房间面积不大的特点，故在高层住宅中应用极为普遍。但剪力墙结构墙体较多，不能布置商店和公共设施等面积较大的房间。框支剪力墙结构是一种将部分底层或部分层的剪力墙取消，代之以框架的结构体系；其主要是为了满足在底层布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求。但框支剪力墙结构，底层柱的刚度小，上部剪力墙刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，对结构抗震性能极为不利；并且其转换层的混凝土和钢筋用量一般都很大，其工程造价很不经济。因此，在地震区不宜采用框支剪力墙结构。框架-剪力墙结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架-剪力墙结构的一种结构体系，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆等。本工程针对其具体情况，做多方案比较，最终确定了框架-剪力墙结构体系；既能满足了上部住宅楼、底部商业用房的建筑使用功能要求，又能满足建筑物在高烈度区的安全可靠性，同时这种结构形式也是较为经济合理的，可有效的控制工程造价。

3 基础及地基处理的设计

高层建筑基础的合理选型与设计是整个结构设计中的一个极其重要和非常关键的部分。基础的工程造价在高层建筑整个工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。所以选用合理的基础形式或地基处理方式，对降低工程造价起着至关重要的作用。该工程地基承载力特征值为200kPa，天然地基不能满足设计要求，根据工程地质勘察报告，可采取钻孔灌注桩或预应力管桩。由于场地为自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），建议首先采用素土挤密桩对湿陷性土层进行处理。考虑甲方施工工期紧的情况，经过多方经济比较，最终取消了素土挤密桩处理，而是直接采用机械旋挖成孔的钢筋混凝土灌注桩穿越湿陷性土层。根据西安当地经验，旋挖成孔技术可提高灌注桩的承载力约20~50%，这就大大节约了施工时间，并减少了素土桩施工费用，而灌注桩所增加的桩长却很小。本工程桩基承台此次采用底平，主要是为了使位于地下室的设备管线埋设在各个承台之间的空隙，而不占用建筑面层。这样可大大减小基坑的开挖深度，减小工程量，从而降低工程造价。

4 结构设计

本工程通过抗侧力构件的合理布置，在地震作用下，使结构的各项目标参数均符合规范要求的前提下，不断优化，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构在X、Y 两个方向刚度基本接近，两个方向水平位移均接近规范限值，结构布置更加经济合理。从承载力方面来看，使框架、剪力墙的作用得到充分的发挥；从地震作用来看，减小了结构的侧向刚度，并因此减轻了建筑的自重，从而减小了结构的地震作用；也相应减少了基础工程的投资。本工程楼层最大位移（楼层最大值层间位移角）：X 方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/1084；Y 方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/859；满足了抗震规范与高规规定的剪力墙结构楼层最大值层间位移角限值均为：1/800 的要求。

5 材料选用

5.1 采用高强度钢筋

在满足结构设计承载力要求的前提下，选择相对造价低的钢筋方案，可以达到降低工程造价的目的。大多数设计人员一般把重点放在配筋的计算上，往往忽视钢筋种类的选择。新Ⅲ级钢筋是近年来推广使用的新型钢筋，它比普通Ⅱ级钢筋提高强度近20%，每吨价格增加不超过10%。因此新Ⅲ级钢筋的选用，在增加钢筋混凝土结构强度和建筑物安全储备的同时，还节省了用钢量。另外，钢筋的连接宜优先采用闪光对焊，且普通焊接或电渣压力焊接比搭接经济。本工程基础和梁、柱及板配筋等大部分均采用HRB400 级钢筋，HRB400 级钢筋强度设计值与HRB335 级钢筋强度设计值之比360/300=1.2；据资料统计，用强度高的HRB400 级钢筋取代强度低的HRB335 级钢筋可节约钢材约14%，这是降低钢筋用量最直接的措施。

5.2 采用轻质隔墙

本工程为减轻荷载，内隔墙采用轻质石膏板内隔墙体系，与轻质砌块隔墙相比，轻质石膏板内隔墙体系具有自重轻、干法作业，安装效率高，易于拆改、施工快捷，缩短工期的优点，近年来在高层住宅建筑中得以广泛应用。以99mm 厚的轻质石膏板隔墙为例，其重量为23kg/m2，是相同厚度砌块隔墙重量的28%，可显著节省建筑承重结构和基础费用，降低土建结构造价。

三、结语

本文讨论的该工程通过以上几个方面的优化设计，在符合现行国家规范前提下，做到安全性能可靠，减少了建筑的混凝土用量和钢筋用量，取得了较好的经济指标，达到了较佳的设计效果。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001.