关键词：小高层住宅 结构形式基础设计 优化设计
中图分类号：TU208文献标识码： A
前言：在建筑范畴，习惯上把8―12层的建筑称为小高层。小高层设计时如何把握好合理性，经济性至关重要。在规范允许范围内，合理把握关键部位及次要构件，什么地方应加强，什么地方可以放松，对于整个建筑物保证安全及降低造价影响巨大，这也是我们在今后的设计中要不断提高及改进的。因此，根据建筑功能选择结构受力特性良好、经济性能优越的结构体系方案，成为结构设计人员必须面对的重要内容。
一、小高层住宅结构的基本结构形式
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―11m，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，不仅对基础设计有利，而且对结构抗震较为有利,己成小高层住宅的主要结构形式。
二、基础设计
墙下基础优先选择条基，基础持力层宜选择坚硬的中风化岩石，当遇到溶洞时，可采用桩基来处理，值得提出的是，由于墙下基础反力很大，我们需要演算基础的抗剪切承载力。另外，地下室底板长度的设置也须我们研究探讨，由于考虑地下室的使用合理性，常规我们采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝。后浇带的作用是明显的，但也给施工带来了不少麻烦，甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。
三、剪力墙设计
3.1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。在结构布置应尽量避免一字形剪力墙，若出现则应布置成长墙(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倍以下为短墙，大于8倍则为普通墙，这就引起高厚比为7．9倍及8．1倍的两种墙的受力特性截然不同，而配筋亦大相径庭，这显得比较机械而不合理。
3.2配筋及构造：对于小高层住宅来说，剪力墙是面广量大的，因此合理的控制剪力墙配筋对于结构安全及工程的经济性具有十分重要的作用。 剪力墙墙体配筋一般要求水平钢筋放在外侧，竖向钢筋放在内侧。配筋满足计算及规范建议的最小配筋率即可。建议加强区φ10@200，非加强区φ8@200双层双向即可，双排钢筋之间采用中6@600x600拉筋。但地下部分墙体配筋则另当别论。因为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，而由于简化计算经常由竖向筋控制，此种情况下为增大计算墙体有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层按《地下工程防水技术规范》规定：迎水面保护层应大于50mm，且在保护层内按《混凝土结构设计规范》规定增设双向钢筋网片。在这种情况下，很多设计人员在进行外墙裂缝验算时有效截面高度仍按保护层50mnn计算，笔者认为是不妥当的。当采取了双向钢筋网片后，计算保护层厚度至少可按30mm来取值，这对节省墙体配筋效果相当明显。
四、小高层住宅框架结构的优化设计
4.1优化设计方法
当前，小高层住宅钢筋混凝土框架结构的优化设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。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。
4.2结构性能分析
⑴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，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。
⑵经济性比较
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。
【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：
本次选取比较典型的三栋近120m超高层住宅，即板式、规则点式、不规则点式(以下简称板式、规则、不规则)。
2结构选型，高宽比、水平荷载分析
2.1结构选型
从结构造价、施工便捷性角度出发，选用现浇钢筋砼结构;因为项目均为住宅，从建筑使用空间角度考虑，不希望出现突出室内的柱、跨房间梁等，因此结构体系选择剪力墙结构体系。砼强度等级竖向构件C50～C30，水平构件C35～C30。
2.2结构优劣性分析
规则点式因其平面规则、高宽比最小，为结构最优;板式因进深小，且屋顶构架高(如图6)为结构最差;不规则点式则介于二者之间。
2.3建筑结构的高宽比
规则点式平面的宽度容易得到，但板式和不规则点式的平面较为复杂，在此参照广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)补充规定3.2.2条:“…当建筑平面非矩形时，可取平面的等效宽度B=3.5r，r为建筑平面(不计外挑部分)最小回转半径。”［1］。的宏观控制，如果高宽比过大，就会对结构体系、结构构件断面的设计和结构经济性的控制带来不小的挑战。
2.4水平荷载作用下结构基底剪力分析
3个项目地震基底剪力有无安评相差6%～34%(不规则点式超高层对地震力敏感)，因此结构计算均采用安评值;Y向风工况基底剪力比地震工况基底剪力部分大22%～85%，由此可见，该场地水平荷载尤其是风荷载较大。
3结构体系的变形分析及布置原则
3.1通过结构试算，变形控制工况，结构弱轴方向的荷载控制工况全部为风荷载工况;风荷载与建筑体型密切相关而与结构主体关联性较小(仅风振相关)，而地震荷载与结构刚度、周期、自重等息息相关，因此应把握水平荷载的类型在结构体系布置时采取不同的措施。
3.2剪切变形与弯曲变形抗侧力刚度较弱的结构体系(比如框架结构)，其水平力作用下的变形以剪切变形为主，抗侧力刚度较强的结构体系(比如剪力墙结构)，其水平力作用下的变形以弯曲变形为主，框－剪体系则介于二者之间，整体弯曲变形主要体现在竖向构件在倾覆弯矩作用下的拉压变形，因此对于剪力墙结构，要加强关键位置(离刚心较远且整体性较好的位置)的竖向构件轴向刚度，就可提高整体抗弯刚度，减小弯曲变形，控制楼层最大层间位移角。
3.3剪力滞后效应“剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象，具体表现是:在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀”［3］。剪力滞后效应会降低整体抗弯刚度;如果要减少剪力滞后效应，应加强结构体系整体性特别是加强关键竖向构件(或筒体)之间的连接。
3.4结构抗侧力体系布置原则经过4.1～4.3的分析，结构布置原则如下:①找出关键位置的竖向构件并予以加强(提高整体抗弯刚度，原理类似于加强工字钢的翼板)。②尽量对齐纵、横向墙置，加强整体性，减小剪力滞后效应(原理类似于设计工字钢的腹板)③对抗侧力刚度帮助不大的构件以承受竖向荷载为主来设计，以合理低限设计结构断面，减轻结构自重。通过加强关键位置的竖向构件和减小剪力滞后效应形成高效抗侧力体系，从而实现以较小代价达到结构需求的抗侧刚度的设计目的。另外，从建筑使用功能的角度出发，剪力墙布置做如下建议:①优先考虑楼、电梯井，分户墙位置，可减少被转换的概率。②布置在楼、电梯井尽量形成筒体，筒体内墙从底部开始就采用最小断面至顶，降低建筑公摊。
4结构体系的布置要点与结构计算模型、参数的处理
4.1布置要点
4.1.1板式住宅
X向:利用周圈凸窗设计高连梁、提高整体刚度。Y向:南北向离刚心较远位置设置厚墙、大断面柱(如图7中涂黑部分的竖向构件)，利用楼电梯井形成筒体;加强南北向连接;尽量对齐剪力墙。
4.1.2规则点式住宅
建筑外周圈剪力墙体通过凸窗位置高连梁围成筒体，内部楼电梯间围成筒体;加强内外筒体连接。
4.1.3不规则点式住宅
建筑外周圈剪力墙体尽量满布，周圈凸窗位置均设计为高连梁;离刚心较远位置设置筒体并适当加厚墙体(如图9中涂黑部分的竖向构件)。
4.2结构计算模型中部分构件、参数的处理。
4.2.1连梁:计算模型处理方式分两种，墙上开洞方式和按普通梁方式，按墙上开洞方式输入计算则软件一般按壳单元处理，按普通梁方式输入则软件一般按杆单元处理，前者的力学模型更贴切实际情况，整体性比后者大甚至大很多，因此在结构计算模型中连梁尽量按墙上开洞方式输入。
4.2.2连梁刚度折减系数:风荷载工况下取1.0，地震工况取0.5～0.7。
4.2.3带边框柱剪力墙:传统软件将剪力墙作壳单元处理(不考虑面外刚度)，边框柱作杆单元处理，在承受垂直于剪力墙方向弯矩时未考虑剪力墙的有利作用而全部由边框柱承担，会造成边框柱设计不合理，解决办法是读出内力手算复核或采用能考虑剪力墙的有利作用的软件。
4.2.4位移比对层间位移角的影响:当楼层层间位移角不满足规范要求时，不要盲目去做加法，应该分析是由于整体刚度不足造成还是扭转造成，如果是扭转造成则调整刚心位置去解决，如果是整体刚度不足(位移比已很小)则应再加强整体刚度。
5竖向构件的设计与优化
在主体结构的砼用量中，板式超高层住宅剪力墙所占的砼体积比例一般在2/3左右，点式超高层一般也占到50%以上，同时剪力墙中边缘构件的用钢量又占到整个剪力墙用钢量的2/3左右，因此整个结构体系设计是否经济重点在于剪力墙以及其边缘构件的设计是否合理;剪力墙在设计中注意问题如下:
(1)多布长墙少布短肢墙，在优化墙体时先考虑优化墙厚，后考虑优化墙长;设置的厚墙、端柱在通过了层间位移角最大楼层后应及时收断面。
(2)在结构电算模型初步定案后，应在图中画出边缘构件范围并推敲其合理性，修改完成后再反馈到电算模型中。
(6)端柱的含钢率较剪力墙高，如结构经济指标要求较高，则要把端柱断面设计至合理低限。
(4)组合墙、边框柱、端柱应按照合并的组合墙截面进行配筋。
(5)在约束边缘构件区域，计算体积配箍率时考虑墙身水平筋伸入边缘构件作箍筋，优化配筋同时提高墙体的整体性;在构造边缘构件区域，暗柱箍筋除采用封闭箍外，内部采用拉钩隔一拉一，在优化配筋的同时使其与约束边缘构件区域承载力有所差别，形成多道防线。
6结构经济指标、结构的建筑适用性评估
在结构初步设计阶段，结构体系定案后应及时评估结构的经济性和适用性，避免后面返工:
6.1结构经济性评估在地震烈度7.5度，风荷载较大地区，建筑物高宽比以及结构的规则性对结构经济指标的影响较大，以上三栋建筑的砼单方指标比值为1:0.72:0.89;钢筋单方指标比值为1:0.78:0.92;三个项目的经济指标均在可以接受的范围内。
6.2结构对建筑空间的适用性评估
(1)板式住宅:除少数北面外墙较厚外(500～600mm)，其余墙体厚度在第3层以上均不大于200mm，除凸窗外，梁高不大于450，梁宽不大于200，在高宽比超规范很多、水平荷载很大的地区达到了结构与建筑在使用空间上的基本和谐统一。
(2)规则点式住宅:除底层墙厚300～400外，标准层以250，200厚度为主，除凸窗位置外，其余主梁高不大于570;满足建筑要求。
(3)不规则点式住宅:除底层及三个控制弯曲变形的角部墙厚为300～400外，标准层以250，200厚度为主，除凸窗位置外，其余主梁高不大于570;满足建筑要求。
7结论
本文以三栋具体的超高层住宅建筑为例，总结出厦门杏林湾这一水平荷载较大地区超高层住宅结构设计的流程：
(1)在水平荷载大、高宽比大情况下，通过加强关键位置竖向构件和减小剪力滞后效应形成高效抗侧力体系，实现以较小代价达到结构需求抗侧刚度的目的。
(2)通过第(1)点布置出合理的结构体系后，还应在结构计算模型、电算参数的处理方面抓住重点，使其符合实际情况;最后落实到具体的每个结构构件的设计上来。
(3)板式超高层住宅因其大开间、小进深的原因在采光通风方面有着天然的建筑优势，但其结构造价是最高的，适用于高附加值的项目;规则点式结构造价是最低，但在沿海地区与板式比较具一定建筑劣势，适用于高容积率项目;不规则点式则介于上述两者之间。
关键词: 框支-剪力墙结构;转换层结构;高层建筑;抗震设计
Abstract: a high-rise residential buildings by six tall building of residence, six storey tower buildings are in the fourth floor, this paper introduces the structure of the building, 5, and 6 concept design, calculation, analysis and structural measures, a reference for the similar project.
Keywords: box a-the shear wall structure; Conversion layers structure; High-rise buildings; Seismic design
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
工程概况
本工程位于广州市海珠区，地面以上由6栋33层住宅（呈形分布，顺时针依次自编为1～6栋），带三层裙楼组成，设两层地下室。总建筑面积164409，其中地下室20244，地面以上144165(其中裙楼为22855)。本工程塔楼在各栋之间以防震缝分隔；裙楼高度每两栋塔楼之间以防震缝分隔；缝宽均为400mm；地下室不设缝。首层为商场、住宅/公寓大堂、书店、药店、邮政所、居委会等，二层为餐厅、厨房，三层为办公室、会议室，四层为住宅、裙楼屋面花园兼结构转换层，五层及以上为住宅。地下室为停车库和设备用房，其中地下二层局部设有平战结合的核6级、常6级人防区。
本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为7度，按照《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001），设计基本地震加速度值为0.1g，地震动力反应谱特征周期0.35s，设计地震分组为第一组，抗震设防分类为丙类。混凝土结构的环境类别：地下室临水面和露天混凝土结构为二类a组，其余均为一类；混凝土结构的裂缝控制等级为三级（对一、二a类环境分别为wlim=0.3mm及0.2mm）。混凝土受弯构件的挠度限值按跨度由小到大依次为l0/200、l0/250。建筑结构防火等级为一级；
地基与基础
本工程设两层地下室，地下室底板面标高-8.5m，考虑采用人工挖孔桩基础（先挖基坑后挖桩，避开上部软弱土层及缩短桩长，避免桩长过长），桩端持力层为中风化泥岩、（泥质）粉砂岩，桩长约10～24m，平均桩长约14m，桩端嵌岩深度0.5米。利用裙楼屋面花园及地下室顶板面绿化覆土，结合建筑物自重，外加工程桩兼作抗拔桩，经验算，地下室抗浮满足要求。
上部结构计算
本工程首先以结构抗震概念设计为指导，选择合适的结构体系和合理的结构布置；其次，以计算分析为手段寻找出结构中的薄弱部位；最后，对关键部位和薄弱部位采取有效的构造措施保证设计构思的实现。
本工程根据建筑高度和使用功能，选用部分框支-剪力墙结构体系。结构计算整体计算选用中国建筑科学研究院编制的SATWE软件（墙元模型）和TAT（薄壁杆模型）。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（以下简称“高规”）之规定，本工程属A级高度带转换层的结构，应按复杂高层结构进行结构设计；结构计算考虑偶然偏心地震作用、扭转耦联、双向地震作用及施工模拟；结合规范规定的要求及结构抗震概念设计理论，各栋X、Y方向剪重比适中，均满足“高规”第3.3.13条要求;单塔SATWE第一扭转周期与第一平动周期之比小于0.85，须满足“高规”4.3.5条要求;各栋楼在偶然偏心影响的地震作用下，属扭转I类或Ⅱ类不规则平面；满足“高规”4.3.5条“A级高度建筑不应大于该楼层平均值1.5倍”要求;各栋有效质量系数均大于90％，所取振型数满足“高规”第4.3.5条有关要求;各塔楼在地震作用和风荷载作用下层间位移角＜1/1000，满足“高规”4.6.3条要求;本工程各栋塔楼在地震作用下各楼层(以剪切变形为主的)平均有害位移小于整体平均位移的20％，远小于楼层整体平均位移的50％，也从侧面证明了本工程结构体系在水平作用下的变形是以弯曲变形为主的特性;各层侧向刚度均大于相邻上一层侧向刚度的70%，并大于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，满足“抗规”第3.4.2条侧向刚度规则性要求;按“省补充规定”3.3.1条表3.3.1-1中第4点，以上下层位移角比值对刚度进行评价，属侧向刚度规则的情况;楼层层间抗侧力结构的受剪承载力大于其上一层受剪承载力的80%，满足“抗规”第3.4.2条楼层承载力均匀性要求;各栋的刚重比均大于2.7，满足高层建筑结构整体稳定的要求，不考虑P-Δ效应的影响（“高规”5.4.4条）。SATWE与TAT的计算结果相近，结果合理、有效， 计算结果表明，结构周期及位移符合规范要求，剪重比适中，构件截面取值合理，结构体系选择恰当。
5、6栋整体主要电算结果
转换层设计
布置转换层上下主体竖向结构时，使尽可能多的上部竖向结构能向下落地连续贯通；布置转换层上下主体竖向结构时，尽量使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，慎重采用传力复杂、抗震不利的平厚板转换；应尽量强化转换层下部结构侧向刚度，弱化转换层上部结构侧向刚度，使转换层上下主体结构侧向刚度尽量接近、平滑过渡。
规范对于转换梁的构造要求提得比较多也比较详细，包括最低混凝土强度等级、最小梁宽、最小梁高以及配筋构造要求等，对转换层楼板的受力计算及配筋构造均作出了要求。这里要强调的是，转换层楼板由于担负着从上部剪力墙到落地剪力墙及框支柱剪力重分布的重任，应适当增加次梁分隔其板跨，以增加转换层楼板的稳定性，这与在钢梁腹板设置加劲肋的原理是一样的；结构中所有转换梁尽量做到一次转换，并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。对二次转换、偏心布置和受力复杂的转换构件，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、抗扭能力。
结语
【关键词】高层住宅；错层结构；剪力墙结构；抗震措施
【中图分类号】TU973.16【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2015）07-0151-01
1.错层结构的相关理论探讨
依据规范及相关参考文献理论总结：对于错层结构，一般认为其不利的因素主要存在两个方面：一是由于楼板被分成数块，且相互错置，在错层构件中产生很大的变形和内力，削弱了楼板协调结构整体受力的能力；二是由于楼板错层，使得错层交接部位形成竖向短构件（如框架结构中的短柱），可能在同向受力中因错层构件刚度大而产生内力集中，不利于抗震设计。短构件问题主要是针对多层框架结构，其不利于抗震的震害表现也多出现在多层框架中。对于以剪力墙为主要抗侧力构件的高层住宅，规则的错层对结构受力的影响有限，影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结构的错层会增大结构的抗侧刚度，错层构件在结构整体中所占的比例越大，则整体侧向刚度增加幅度越大，但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。如图1所示，相互错层的相邻楼板A和B仅由中间的错层柱或墙相联系，相比较平面刚度极大的楼板，错层柱或墙的弯剪刚度是个极小值，当结构受力时，结构两部分将产生不协调变形，可能会在错层柱或墙中形成较大的内力，错层柱或墙的受力与两部分的均匀性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明Ⅲ，由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏.根据振动台试验和静力试验破坏结果，错层剪力墙结构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知，错层对剪力结构体系得影响有限，错层剪力结构通过结构的合理布置和结构措施的加强，可以满足抗震设计的要求。
2.工程实例
2.1工程概况
郑州高新区地矿综合楼矿产研发中心1#、2#楼住宅小区位于该市高新区，根据其功能要求为错层剪力墙结构。该工程建筑平面布置为一字型，建筑物长度约为69m，宽度约为12.6m，建筑主体高度52.1m，共18层，加上屋顶以上塔楼的高度后，建筑的总高度为55.8m，高宽比为4.43。规范要求，钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m，综合考虑变形缝设置要求，该建筑变形缝宽度取200mm，将建筑物分成A、B、c三个单元，如图2所示（阴影处为错层区域）。建筑剖面图见图3，住宅标准层层高为2.9m，上部结构各标准层与错层之间相差1.45m。该工程为丙类建筑，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第二组，场地特征周期为Tg=0.40S，罕遇地震作用的水平地震影响系数最大值为0.72。计算时基本风压按50年重现期取0.45KN/㎡。
2.2计算模型
该工程被变形缝分成A、B、C三个单元，其中A和C单元对称，因此我们只需建立A和B两个计算模型进行计算。按照《高规》复杂高层建筑结构设计中的错层结构结构相关要求，错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。错层结构中，错开的楼层应各自参加结构整体计算，不应该并为一层计算。本工程采用现浇剪力结构体系，计算软件以STAWE为主进行结构计算，以PMSAP进行校对。建模时图3所示各标高处均按独立的计算标准层输入模型，按实际标高组装，错层处剪力墙厚度取250mm，与之相连的墙体厚度也取250mm。文献指出，错层剪力墙结构设计时墙体应尽量带有较大的翼缘，一是可以增加墙体的稳定性，二是增加了墙体的抗震承载能力和延性，对抗震有利。所建模型中墙体都带有较大的翼缘，以增强墙体的稳定性和抗震性能。文献指出，在进行结构的动力特性分析时，分别采用弹性楼板和刚性楼板模拟结构的错层楼板，发现两种计算方法的结果差异不大。振型分解反应谱分析结果表明，结构在常遇地震作用下错层位置楼板会产生局部应力集中现象，而位移、基底剪力等指标均满足规范抗震要求。设计中用SATWE和PMSAP计算时，分别考虑错层楼板为刚性楼板和弹性楼板，发现计算结果确实差异不大。
2.3计算结果
两种程序的计算结果相差不大，为结构设计提供了保障。
2.4抗震构造措施
对于错层剪力墙结构，《高规》中指出，错层处平面外受力的剪力墙截面厚度抗震设计时不应小于250mm，并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率抗震设计时不应小于0.5％。本例参考了大量的相关文献及其规范的要求，在建筑专业允许的前提下，设置变形缝，将建筑分为三个部分进行设计，减小结构的扭转效应。在错层处的剪力墙加厚，厚度取250mm，并让墙体带有较大的翼缘，增强墙体的延性和稳定性。错层处剪力墙抗震等级提高一级，按二级考虑。混凝土强度等级在底部加强区为C35，上部为C30。
3.结论
需要注意：（1）错层结构造成平面楼板不连续，竖向构件应力集中，是一种对抗震不利的结构形式，但错层对剪力墙结构体系的影响有限，错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的加强，可以满足抗震设计的要求。（2）错层剪力墙结构的设计中，考虑结构概念设计，合理的布置结构平面，采用相应的抗震构造措施，可以很好的保证结构的安全性，确保收到良好的经济效果。
参考文献
[1]魏雅丽.《某高层建筑错层剪力墙结构设计[J]》.国外建材科技，2006
关键词：高层住宅；建筑结构；抗震设计；要求；原则；问题；要点
高层住宅建筑在如今的城市当中已经变得越来越普遍，高层住宅建筑的抗震优化设计也变得越来越重要，特别是在我国的一些地震的多发区域，抗震的优化设计变得更加重要。如果不能设计出抗震合理的高层住宅来抵抗地震灾害，将会对人们的生命财产造成巨大损失。所以高层住宅建筑的抗震优化设计仍是我们设计之中要首先面对的迫切任务。
一、高层住宅建筑结构设计的基本要求
随着我国社会的进步和经济的飞速发展，对于高层住宅建筑的要求越来越高，人们要入住的住宅不在只满足抵抗地震的安全性方面，也对高层住宅提出了其他方面的要求。
（一）满足结构安全性
高层住宅建筑要能够入住的必要条件首先是结构安全性，只有高层建筑结构具有了足够的安全性，人们才能放心的入住进去。一个没有结构安全性的高层住宅建筑是不能满足人的入住要求的。结构安全性是房屋能够入住的基本条件。
（二）满足舒适性和耐久性要求
高层住宅在实行商品化后，成为了人们的消费品。高层住宅建筑有着充足的使用寿命，其次人们对于住宅的选择除了安全性，还取决于舒适性。设计合理的住宅建筑，例如住宅的灵活分区和面积的合理利用将使人们的居住生活变得更加舒适。房屋的舒适性是人们选择房屋第二点要注意的地方。
（三）满足经济性的要求
开发商要想在高层住宅上获得更大的利润，必须通过合理的设计来节约成本。在满足安全性的情况下，最大限度优化结构设计及结构布置，在设计上做到布局良好、外形美观，质量上乘。在材料的选择上，应选择高强度、自重又比较轻的材料。所选的材料首先必须满足有关规范要求。在房屋建设过程中应尽量避免材料的浪费，只有这样才能取得更高的经济利益。
二、高层住宅建筑设计优化的原则
在高层住宅建筑的设计优化当中，在满足相关的规范和规定时，根据建筑的实际情况重新进行优化设计，必须遵循下面三项原则：第一，在优化设计以后，建筑结构仍然能够正常使用。第二，建筑仍然有充足的安全性，使人们能够放心的入住。第三，保持建筑结构的合理性，具有合理的刚度，关键部位要进行有效的校核。
三、高层住宅建筑结构设计中可能出现的问题
（一）建筑地点选择的不合理
由于人口数量的增加，人口密度越来越大，对房屋的需求量越来越多，也导致可供选择的土地空间越来越少，如果不选择有利的场地和地段，可能会对人民群众的生命财产造成威胁。如高层住宅选址选在抗震不利，容易发生地质灾害和地震次生灾害的地段，这些地方的高层住宅建筑由于地质条件较差，处于抗震不利地段，且宜发生地震次生灾害，导致房屋抗震能力差，不具有良好的结构安全性。
（二）建筑材料选择的不合理
在地震多发的地段经常由于材料选择的不合理，导致地震发生时，房屋的抗震功能不能得到很好的发挥。我国的建筑结构主要以钢筋混凝土和钢结构为主，有较强的刚度，在材料选择上要根据实际情况选择出最合理的材料。
（三）人们对于高层住宅建筑结构的抗震设计并不重视
一些地方由于不会发生地震或发生较高级别的地震，不会引起人们的重视，人们不会在抗震设计上投入过多的精力和财力。但是可能由于其他原因引起房屋的震动，造成不必要的损失。还有的设计人员忽略对建筑的抗震设计，从而导致房屋的安全性降低，不能满足人们入住的要求。在高层住宅建筑进行施工时应实施相应的监督，避免出现一些不安全的建筑住宅而浪费土地资源。
四、高层住宅建筑的抗震设计要点
（一）建筑形体及其构件布置的规则性
在进行高层建筑结构设计时，必须满足抗震设计的要求。高层住宅建筑必须进行合理的设计，保证建筑物有充分的抗震能力。建筑设计应重视其平面，立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响。设计的高层住宅建筑要做到平面对称均匀，避免上下刚度突变。宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称，侧向刚度沿竖向宜均匀变化，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，避免侧向刚度和承载力突变。只有这样合理的设计才能满足高层住宅的抗震设计要求。
（二）建筑抗震选址规划
高层住宅建筑的场地选择也尤为重要。选择建筑场地时，应根据工程需要和地震活动情况，工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利，一般，不利和危险地段作出综合评价。对不利地段。应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施。对危险地段，严禁建造甲乙类建筑。不应建造丙类建筑。选择地质条件较好的地段不仅能降低地震到来时对建筑物的损害，还有利于降低工程造价。
（三）建筑材料的选择
高层住宅建筑在实施建筑时，材料的选择也十分重要。在选择材料上要在相关的规定和规范允许的前提下进行选择，充分考虑材料的安全性和变异性。使高层住宅建筑能够有足够的安全性，让住户能够放心的进去居住。选择的材料在满足使用的前提下，应尽量选择高强度，自重轻的材料。在建筑过程中应避免材料的浪费。只有这样才能保证高层建筑的安全性，并且能够使经济效益最大化。
（四）建筑结构形式的选择
建筑结构应采用抗震性能化设计，使设计能够有充足的变形能力来满足地震到来时的变形要求。在地震较为严重的地区可以采用隔震和消能减震设计来抵抗地震带来的危害。通过控制结构的刚度，来消耗地震能量，减轻地震反应。也可以通过提高结构阻尼，进而提高结构的耗能能力，减轻地震作用。
五、结语
综上所述，随着我国社会的进步和经济的发展，越来越多的高层住宅建筑出现在人们的视线之中，而高层住宅建筑结构的抗震优化设计也成为设计当中相当重要的一部分。在设计时应保证高层建筑结构的合理性，同时结构应具有足够的强度和良好的抗震能力。应选择有利的建筑场地和实用经济的材料。从整体上和实际情况进行分析，从而最终选择最合理的设计方案，满足各方面的要求。
作者:于建勋 单位:甘肃省张掖市建筑勘察设计研究院
参考文献:
[1]谢邦煜，杨慧.高层住宅建筑结构的抗震优化设计[J].科技资讯，2012，17：76
关键词：高层住宅；结构设计原则；技术性
中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：
引言
高层住宅的工程质量直接关系着人们的生命安全，而影响高层住宅工程质量的因素主要是设计质量及施工质量。其中，高层住宅结构设计又直接影响着建筑之后的安全性、舒适性、经济性及合理性。
1高层住宅结构设计的特点
1.1容积率高
高层住宅有着极高的容积率，可以缓解人口住宅压力。相对单层或低层住房而言，高层住宅的容积率达到了低、多层住宅的几倍甚至几十倍。
1.2节省性强
高层住宅结构设计可以节省城市的土地使用面积，有助于城市景观的改造，让人们在更好的环境下生活。
1.3荷载量大
高层住宅因为楼层较多，其使用的钢材也较多。因此，高层住宅结构受到的自重、风荷载、地震力等竖直和水平方向上的荷载量较大。加上其地基和基础设计尤为复杂，基础上的荷载也是很大。导致高层住宅往往需要采用桩长较长的、桩径较大的钻孔灌注桩作为桩基础。
2高层住宅结构设计的原则
2.1安全性及耐久性原则
高层住宅结构设计必须遵行安全性原则，安全第一，高层住宅的安全与否关系着很多人的生命问题。在高层住宅结构设计中，要将安全性原则放在首位。高层建筑的结构设计也要遵循耐久性的原则，在选择结构体系及建筑材料的时候，要严格把关，保证建筑耐久性。
2.2舒适性原则
因为是住宅设计，所以要在结构设计的时候，充分的营造适宜居住的结构，要符合舒适性原则，满足住户的要求，如室内采光、温度、隔音效果和户型规模等问题。在结构设计的时候还要将居住者是否进行空间分割的问题考虑在内，在设计剪力墙的问题上，要尽可能的采用大开间进行布置。
2.3经济性原则
在进行高层住宅设计之前，要充分的掌握施工地点的特性，在保证建筑安全性、耐久性和舒适性原则之后，要选择最为合适的最为经济的构造设计。因为设计方案所带来的成本将会直接的影响到房屋的造价问题，所以要在设计高层住宅结构的时候，在保证质量的前提下，采用经济型设计方案。
3高层住宅结构设计问题处理措施
3.1在混凝土高规中对高层建筑结构的高宽比提出了一个限值，但是这个限制只是一个综合限值，是对于高层建筑结构刚度、整体的稳定性、经济性以及承载能力的宏观要求。也就是说，这个限值是可以突破的。通常情况下，在刚重比、层间位移、剪重比等都满足要求的情况下，高宽比可以不满足限值的要求。可是在高层住宅设计过程中，设计人员需要注意的是，因为高宽比增加，就会导致结构在水平方向增加抗侧力构件，例如：剪力墙等，这样就会使建筑结构在两个方向有不平衡的抗侧力，增加结构的造价，对结构的基础刚度和整体性要求也会提高。
3.2对于建筑平面呈线型的高层住宅结构，因为长度比较大，所以在两个主轴方向侧向刚度会产生较大的差异。另外，如果建筑处于风力荷载较大的地方，因为横向的风力荷载作用比较大，所以为了满足位移要求，就要沿着这个方向增加剪力墙，这样，也会加大两个主轴方向的刚度差异。在这样的情况下，两个主轴的动力特性差异也会随之增加，在动力荷载的作用下，动力影响复杂。所以在设计的时候，要控制两个主轴方向扭转周期和平动振动的周期之比在0.8之内。
3.3现在很多高层住宅都是商住两用的结构形式，所以底层的层高比较高，有的可以达到五、六米，而二层以上层高就比较低，大概在三米左右。这样设计的直接后果就是底层出现软弱层，这对结构的抗震性能非常不利，所以在设计的时候应该避免。在设计的过程中，应对这个问题最好的措施就是增加底层结构的刚度，保证底层刚度与上一层的刚度比值不小于1.5。如果底层的高度使上层高度的两倍或者两倍以上的时候，采取增加抗力构件的方式来增加底层的刚度就变得很困难，这时候就要做方案调整。可以加大底层抗侧力构件的长度或者厚度，也可以适当增加二层的高度，或者加大二层楼板的刚度等都可以。
3.4通常情况下，如果梁和剪力墙垂直搭置，梁的端部可以按照铰接的方式进行处理，支座位置的钢筋可以按照构造的要求进行配置，顶部的钢筋水平端的长度如果没有满足规范要求，可以采取在支座剪力墙里面设置机械进行约束的措施，例如：加小角钢、焊短钢筋等，以增加连接的强度，防止产生拉托效应。
3.5现在一些跃层住宅的设计中经常存在挑空楼层没有楼板的问题，因为中间层没有楼板，剪力墙的高度是两层，所以就会对结构的稳定性产生影响，这个时候，在设计的过程中就要按照构造的具体要求适当增加剪力墙的厚度，否则剪力墙的稳定性就会受到威胁。
3.6一些高层住宅建筑采用的是纯剪力墙结构，阳台以及露台的端部是框架柱，隔层才有楼板，而柱子的高度比较大，所以柱子需要承担的荷载比较大，这个时候在设计的过程中就需要注意要加强柱子的延性，以提高其水平抗剪能力，可以采取加大纵向钢筋的配筋率的方法，在柱子中设置芯柱或者型钢。
3.7在高层住宅结构中，一些复式住宅楼中，跃层楼板在客厅的顶部经常开洞，再加上楼梯的开洞面积，跃层楼板的开洞面积通常都会超过百分之三十，有的甚至超过百分之五十。针对这样的情况，一定要采取相应的加强措施。可以考虑适当加大楼板的厚度，加高主框架之间的连接构造，增加柱子刚度和梁刚度。亦可充分利用建筑线脚和装饰所需要的空间来布置合理的结构构件。
4高层住宅结构设计技术性优化
4.1剪力墙的技术优化
设计剪力墙的关键在于连接设计，对剪力墙的技术优化，可以提高建筑的抗震作用，保证建筑安全。在满足结构的刚度后，要从经济和抗力等因素全面综合的考虑，然后进行对抗侧力的布置，对抗侧力的布置不能纯碎的增加剪力墙的数量。剪力墙配置要遵循着均匀的原则，分布在周边，并根据水平位移的限值，尽量的保证最低量的剪力墙。
4.2结构耐久性技术优化
高层建筑的设计应该能在使用的期限内满足居住用户的要求，如果实际建筑没有达到设计寿命，则主要因素为设计结构中建筑结构问题，建筑结构的不合理会降低房屋的可靠性和使用寿命，所以在高层住宅建筑结构设计时，要充分的优化设计，让整体建筑结构符合要求，达到设计效果。
4.3结构设计中抗震性能的技术优化
在进行图纸设计的时候，要根据抗震标准进行设计，高层住宅的振型数不可低于15，尤其是建筑的结构层数越多，就需要增加其建筑刚度，就需要更合理的振型数和结构布置，使得建筑物在两个方向上的有效质量系数均达到规范的要求，在尽可能满足建筑使用的空间性的要求的同时，让建筑拥有更好的抗震性能。
5结语
根据我国的基本国情，高层住宅已经成为了一种发展趋势，在进行高层住宅结构设计时，需要遵循其设计的原则，分析结构设计中出现的技术性问题，并对技术进行优化，最终打造出高质量、低成本、舒适型的宜居高层住宅区，满足人们的需要，造福于人民。
参考文献：
[1]徐良贤,田力.高层住宅结构设计的技术性探讨[J].中华民居,2011,(10):180-181.
关键词：高层住宅；结构；优化设计
Abstract: with the improvement of people's living standard, housing is not only a shelter, rest, but also for people to enjoy life place. Now, the construction of residential design of increasingly high demand, optimizing the structure design of high-rise residential buildings, not only can improve the degree of safety, but also can reduce the engineering cost, construction cost savings. Several suggestions are put forward to optimize the design of high-rise residential buildings in this paper, we hope to help design personnel.
Key words: high-rise building; structure; optimization design
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
引言
高层住宅结构的优化设计是指对建筑物结构进行合理分析，提出结构设计优化方案，目的是在设计满足国家相关建设法规的前提下，提高建筑物的技术质量，降低总成本，使投资利益最大化，并且能保证建筑物抗震性能和安全性。结构设计优化是对设计再次分析，再次加工的过程。尽量使住宅结构刚度适中、整体结构布局均衡，从而减小构件在外力影响下的变形或者破坏，达到既美观又兼顾抗震的效果，这是高层住宅结构优化的目标。
在高层住宅结构优化设计中，每一道工序都要精心设计，做到计算合理准确，方案合理可行，本文对设计优化存在的问题进行分析并提出几点可行建议。
1高层住宅结构设计现状
1.1 住宅结构设计现状
多层建筑和高层建筑横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的，但是建筑高度越高，结构设计越复杂，这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高，就要求有截面较大的柱子或者墙来承受竖向压力，这对建筑材料的要求比较高。另外，住宅结构越高，水平力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多，而且水平荷载产生的响应并不是线性的，而是随着高度增加而迅速增大。高层建筑与低层建筑结构有着很大差异，需要考虑的因素也很多，例如共振、扭转、水平侧向位移等。
1.2 高层住宅结构设计影响因素
住宅越高，建筑结构的安全性就越来越要重视，设计中要考虑的因素也就增多，主要影响因素有水平荷载、侧向位移、结构延性等。
(1) 水平荷载。水平荷载包括风荷载和地震作用。一般来说，垂直方向的荷载只与楼房高度有关，但是水平方向的受力情况却比较复杂。例如，风荷载的大小和建筑物所在地的地貌及周围环境有关，与建筑物本身高度、形状及表面状况有关；地震作用同场地类别及本地区抗震设防烈度有关。所以水平荷载是影响住宅结构设计的主要因素。
(2) 侧向位移限制和舒适度要求。在正常使用条件下，高层住宅结构处于弹性状态并且应有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用条件。过大的侧向位移会使主体结构出现裂缝甚至破坏，会使结构产生附加内力，会使人不舒服影响正常使用。所以在设计的时候，要注意在水平荷载作用下的侧移要控制在要求范围之内。
(3) 结构延性。高层住宅建筑在地震作用下允许结构某些部位进入屈服状态，形成塑性铰。这时结构进入弹塑性阶段，结构可以通过塑性变形耗散地震能量，同时必须保证结构的承载能力，结构不能破坏，这种性能称为结构延性。延性越好，抗震能力越强，要特别注意在构造上采取合适的措施，保证住宅的安全。
2高层住宅结构设计优化
2.1 选择设计结构方案
进行高层住宅结构设计优化时，首先要进行结构方案的选择。结构方案的好坏决定了结构设计的好坏，对于同一个建筑设计要求，其结构方案往往是不唯一的，但是不同的设计方案会影响工程质量和工程造价，在设计时，一定要选择合理的结构设计方案。
首先，根据相关建筑结构规范的规定来完成结构设计方案总体要求，处理好建筑与结构的相互关系，充分发挥结构的最佳受力状态，使结构形式尽可能简单明确，具有足够的承载力，良好的延性和刚度。
其次，要保持结构的安全可靠。应该仔细考虑每一个构件，使各个构件能够相互协调，发挥最大功能，保证设计目标水准，使结构既经济又安全。
再次，要尽量避免或者减小外力作用下的扭转效应。因为抵抗扭转效应所需要的材料用量很大，而且结构也会很复杂，会提高工程造价，不经济也不实惠。
最后，要积极与建筑专业进行沟通。结构设计者往往对建筑做法和材料不是很了解，在设计结构方案时，要与建筑师进行交流，听取他们提出的建议，结构设计师要充分理解结构概念，真实客观地进行设计，通过反复优化、修改，最后设计出质量最安全，造价最经济的结构方案。
2.2 设计优化
在优化设计时，应注意以下几个方面：
(1) 正确认识结构设计优化的重要性。
现在房地产已经是一个大产业，人们对住宅要求也越来越高，而作为投资方，追求的是利益的最大化，进行住宅结构设计的优化，不但可以有效降低总成本，还可以使建筑结构更美观安全，更经济合理的节省材料，从而降低工程造价。
(2) 设计方案优化。
设计时，首先要进行建筑结构分析，主要由竖向抗侧力构件构成，包括框架、剪力墙、筒体等。主要分析他们的受力状态，使构件充分利用起来。在进行计算分析时，不能盲目地依赖计算机，还要结合工程师的实际经验，选择合适的计算参数，经过多次计算比较，找到最佳参数值。
其次是根据住宅结构平面，分析竖向荷载和水平荷载，根据实际情况，合理布置构件，选用合适材料进行结构分析和内力分析，根据分析结果适当调整结构形式。此外，还要进行可行性判断，对优化结果进行内力分析，满足设计要求的前提下，校验可行性；如果不可行，就要调整设计方案，直到方案可行为止。
(3) 地基处理的优化。高层住宅建筑更要注重地基的处理，否则将前功尽弃，在选择地基时，要选择地质条件不复杂，容易施工的地质，因为地质条件越复杂，地基处理的造价越高，而选择相对简单的地质条件，不仅可以降低地基处理的成本，地基安全度也会增加，从而降低工程造价，提高工程性价比。
(4) 进行建筑材料的优化。优化建筑材料目的就是花尽量少的钱，做到经济安全、符合设计要求工程。这就要求在选择建筑材料时，要合理利用材料性能，根据不同的需求来选择不同的材料。实际上，因材料选择不当造成浪费的情况很多，设计时，要充分考虑这些因素。
3结论
高层住宅结构设计优化能够有效降低工程造价，带来可观的经济效益，不仅能让建筑物安全实用，又能使其经济美观，舒适。所以进行结构优化设计至关重要，实际设计中，要结合实际情况和具体条件来灵活运用设计优化方法，实现住宅结构设计既安全又经济。
参考文献：
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