高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計選型與設(shè)計管理

文/王鈺 杭州市城建開發(fā)集團有限公司 浙江杭州 310006

在進行高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計方案選型時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該在滿足建筑使用功能的基礎(chǔ)上，去布置結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件及水平構(gòu)件，使之形成一個整體的空間結(jié)構(gòu)體系，以抵抗豎向力和水平力。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑功能、建筑高度、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地條件等因素，選擇一套安全可靠、經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)方案。

1、高層住宅結(jié)構(gòu)常見受力體系布置及關(guān)鍵點

目前，高層住宅結(jié)構(gòu)可采用的受力體系有框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其中框架結(jié)構(gòu)體系適用高度較低，對建筑功能影響較大，在如今住宅項目中已經(jīng)很少采用，故本文僅針對剪力墻結(jié)構(gòu)體系及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系進行討論分析。

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)體系

1.1.1 結(jié)構(gòu)概念

剪力墻結(jié)構(gòu)是指由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。與框架柱相比，剪力墻在平面內(nèi)的剛度大很多，更易滿足高層結(jié)構(gòu)在水平作用下的位移限值要求。

1.1.2 結(jié)構(gòu)布置關(guān)鍵點

住宅結(jié)構(gòu)中的剪力墻一般布置在建筑隔墻內(nèi)，沿兩個主軸方向形成雙向布置，并宜使兩個方向的抗側(cè)剛度接近；同時還應(yīng)注意合理布置剪力墻位置，使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的合力中心盡量與水平力合力作用的投影重合或接近，以減少因它們的偏心對建筑物產(chǎn)生的扭矩；除此之外單道剪力墻不宜過長，這是因為過長的墻體會使得此道剪力墻剛度過大，進而吸收過大的地震力；剪力墻的間距一般宜取兩個房間開間之和（6～8m），同時剪力墻與剪力墻之間應(yīng)形成共同抗側(cè)力的受力線，盡量避免因戶型布置需要而設(shè)置的對抗側(cè)力幫助作用不大的墻體。

1.2 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

1.2.1 結(jié)構(gòu)概念

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是指由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)也應(yīng)設(shè)計成雙向抗側(cè)力體系，并使兩個方向的抗側(cè)剛度接近。

1.2.2 結(jié)構(gòu)布置關(guān)鍵點

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻應(yīng)按照“均勻、分散、對稱、周邊”的原則進行布置。除此之外，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)還應(yīng)同時滿足框架結(jié)構(gòu)及剪力墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計要求。與剪力墻結(jié)構(gòu)相比，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的空間布置更靈活，在當(dāng)前城市空間愈發(fā)緊張的情況下，局部采用框架柱去替換剪力墻能夠增加套內(nèi)凈尺寸；但是不可否認的是，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)相比，抗震等級及構(gòu)造措施均有所提高，經(jīng)濟性與剪力墻結(jié)構(gòu)相比有一定差距。

總體來說，剪力墻結(jié)構(gòu)體系與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系各有利弊，項目設(shè)計時需要根據(jù)項目的具體情況，在滿足建筑使用功能的基礎(chǔ)上，綜合舒適性、經(jīng)濟性等因素，通過多方案比較去選取最適合的布置方式。

2、工程實例選型分析

2.1 工程概況

某工程為內(nèi)含9 棟17～25 層（建筑高度54～80m）高層住宅的小區(qū)，下設(shè)一層大底盤地下室（局部兩層），頂板覆土厚度為1.5m?？拐鹪O(shè)防分類為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防、抗震設(shè)防烈度為7 度（0.1g）、設(shè)計地震分組為第一組、場地類別為Ⅲ類、設(shè)計特征周期為0.45s、基本風(fēng)壓為0.45kN/m2、地面粗糙度類別為C 類、基本雪壓為0.45kN/m2、結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期與設(shè)計使用年限均為50年。

2.2 結(jié)構(gòu)平面布置方案比較分析

本工程抗震設(shè)防烈度為7 度，同時建筑物高度介于54m 至80m 之間，若采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系時抗震等級為三級；若采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系時高度不超過60m 的單體框架的抗震等級為三級、剪力墻的抗震等級為二級，高度介于60m至80m 之間時框架與剪力墻的抗震等級均為二級。經(jīng)設(shè)計建模測算，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系比剪力墻結(jié)構(gòu)體系成本增加約20%，故本工程采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系。同時因高層住宅的公攤面積較大，為盡量增加套內(nèi)凈尺寸以提升客戶體驗，在非關(guān)鍵受力線上的豎向構(gòu)件采用框架柱替換剪力墻以便創(chuàng)造條件調(diào)整內(nèi)隔墻厚度，并且控制框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩不大于總地震傾覆力矩的10%。最終方案為含少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)體系，此方案在成本增加不多的情況下能更好滿足建筑使用功能，一定程度上提升了項目品質(zhì)。

3、高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計管理工作分析

高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計前必然要做充分的準(zhǔn)備工作，針對項目進行充分的調(diào)研，能夠有效減少返工量。在進行高層住宅設(shè)計時，結(jié)構(gòu)專業(yè)介入的越早越好，要在建筑方案階段就讓結(jié)構(gòu)專業(yè)參與進來，這將有助于盡早排除明顯不合理的方案。同時要提前確定工程材料、地震相關(guān)參數(shù)、風(fēng)雪載荷等基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，而不要等到施工圖階段再研究，有助于提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。從結(jié)構(gòu)設(shè)計管理角度，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計前期應(yīng)對如下幾個方面予以充分考慮。其一，墻體材料、面層做法直接影響荷載的取值，必須事先對工程所在地的墻體材料的應(yīng)用情況進行調(diào)研，并提前確定面層做法；其二，項目所在地的抗震設(shè)防烈度、場地類別等地震相關(guān)參數(shù)，直接影響結(jié)構(gòu)的地震計算；其三，地方規(guī)定中有無板厚、配筋等特殊要求，這對項目經(jīng)濟性的影響也很大。

結(jié)語：

結(jié)構(gòu)體系的選擇對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計十分關(guān)鍵，不僅影響結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性，還影響業(yè)主的使用，只有結(jié)合當(dāng)?shù)卣邨l件、建筑高度、戶型布置等條件，并考慮結(jié)構(gòu)布置對經(jīng)濟性的影響量身打造，必要時進行選型對比，才能做好高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計選型和設(shè)計管理。