高層住宅結構設計選型與設計管理

文/王鈺 杭州市城建開發集團有限公司 浙江杭州 310006

在進行高層住宅結構設計方案選型時，結構設計人員應該在滿足建筑使用功能的基礎上，去布置結構豎向構件及水平構件，使之形成一個整體的空間結構體系，以抵抗豎向力和水平力。結構設計應根據建筑功能、建筑高度、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地條件等因素，選擇一套安全可靠、經濟合理的結構方案。

1、高層住宅結構常見受力體系布置及關鍵點

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

1.1 剪力墻結構體系

1.1.1 結構概念

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

1.1.2 結構布置關鍵點

住宅結構中的剪力墻一般布置在建筑隔墻內，沿兩個主軸方向形成雙向布置，并宜使兩個方向的抗側剛度接近；同時還應注意合理布置剪力墻位置，使結構抗側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形成共同抗側力的受力線，盡量避免因戶型布置需要而設置的對抗側力幫助作用不大的墻體。

1.2 框架-剪力墻結構體系

1.2.1 結構概念

框架-剪力墻結構是指由框架和剪力墻共同承受豎向和水平作用的結構。框架剪力墻結構也應設計成雙向抗側力體系，并使兩個方向的抗側剛度接近。

1.2.2 結構布置關鍵點

框架-剪力墻結構中剪力墻應按照“均勻、分散、對稱、周邊”的原則進行布置。除此之外，框架-剪力墻結構還應同時滿足框架結構及剪力墻結構的相關設計要求。與剪力墻結構相比，框架-剪力墻結構的空間布置更靈活，在當前城市空間愈發緊張的情況下，局部采用框架柱去替換剪力墻能夠增加套內凈尺寸；但是不可否認的是，框架-剪力墻結構與剪力墻結構相比，抗震等級及構造措施均有所提高，經濟性與剪力墻結構相比有一定差距。

總體來說，剪力墻結構體系與框架-剪力墻結構體系各有利弊，項目設計時需要根據項目的具體情況，在滿足建筑使用功能的基礎上，綜合舒適性、經濟性等因素，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

某工程為內含9 棟17～25 層（建筑高度54～80m）高層住宅的小區，下設一層大底盤地下室（局部兩層），頂板覆土厚度為1.5m。抗震設防分類為標準設防、抗震設防烈度為7 度（0.1g）、設計地震分組為第一組、場地類別為Ⅲ類、設計特征周期為0.45s、基本風壓為0.45kN/m2、地面粗糙度類別為C 類、基本雪壓為0.45kN/m2、結構設計基準期與設計使用年限均為50年。

2.2 結構平面布置方案比較分析

本工程抗震設防烈度為7 度，同時建筑物高度介于54m 至80m 之間，若采用剪力墻結構體系時抗震等級為三級；若采用框架-剪力墻結構體系時高度不超過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。經設計建模測算，框架-剪力墻結構體系比剪力墻結構體系成本增加約20%，故本工程采用剪力墻結構體系。同時因高層住宅的公攤面積較大，為盡量增加套內凈尺寸以提升客戶體驗，在非關鍵受力線上的豎向構件采用框架柱替換剪力墻以便創造條件調整內隔墻厚度，并且控制框架部分承擔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構體系，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。

3、高層住宅結構設計管理工作分析

高層住宅結構設計前必然要做充分的準備工作，針對項目進行充分的調研，能夠有效減少返工量。在進行高層住宅設計時，結構專業介入的越早越好，要在建筑方案階段就讓結構專業參與進來，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、地震相關參數、風雪載荷等基本的結構設計參數，而不要等到施工圖階段再研究，有助于提高結構設計的效率。從結構設計管理角度，高層住宅結構設計前期應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用情況進行調研，并提前確定面層做法；其二，項目所在地的抗震設防烈度、場地類別等地震相關參數，直接影響結構的地震計算；其三，地方規定中有無板厚、配筋等特殊要求，這對項目經濟性的影響也很大。

結語：

結構體系的選擇對高層住宅結構設計十分關鍵，不僅影響結構經濟性，還影響業主的使用，只有結合當地政策條件、建筑高度、戶型布置等條件，并考慮結構布置對經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構設計選型和設計管理。