時間：2023-10-10 15:58:03
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關鍵詞:住宅樓;樓蓋設計;柱的設計
中圖分類號:F287.8 文獻標識碼:B 文章編號:1009-9166(2009)020(c)-0121-01
一、工程概況
某工程,是一幢沿街的帶底層商業網點的單元式住宅樓,建筑面積8994M2,建筑層數為9層,首層商業層高4.5m,住宅層高3m,總高度為28.5m,建筑總長度為93m,建筑占地3260m2。工程自然條件:基本風壓0.85KN/M2,地基承載力特征值300Kpa,抗震七度設防。
二、結構選型
建筑物的結構設計,不僅要求具有足夠的承載力,而且必須使結構具有足夠抵抗側力的剛度,使結構在水平力作用下所產生的側向位移限制在規定的范圍內。基于上述基本原理,工程綜合分析了結構的適用,安全,抗震,經濟,施工方便等因素,選取了結構方案.結構為鋼筋混凝土框架體系,由鋼筋混凝土框架承擔豎向力和側力。鋼筋混凝土框架剛度布置相對比較均勻,在滿足建筑功能情況下,盡量減少平面扭轉對結構的影響。由于工程體型相對簡單,滿載較均勻,且樁端下不在軟弱下臥層,樁型為端承摩擦樁,所以工程只在±0.000以上設兩處100mm寬的抗震縫,同時兼作伸縮縫。
三、樓蓋設計
工程選用的是主次梁樓蓋,主次梁樓蓋雖然存在著結構高度較大和模板安裝制作比較復雜的問題,但卻具有下列優勢:①樓蓋混凝土折算厚度最小,自重最輕;②開間大,房間布局靈活;③承載力大;④對結構整體剛度的貢獻比平板和雙向密肋樓蓋要大得多。
板的設計:1、板厚取值。現澆樓蓋中,板的混凝土用量約占整個樓蓋的50%-60%,板厚的取值對樓蓋的經濟性和自重的影響較大,在滿足板的剛度和構造要求的前提下,應盡量采用較薄的板,雙向板的最小板厚度為80mm,板的厚度與跨度的最小比值:四邊簡支板為1/40,連續板為1/50。工程最大板跨為5m,其余板跨均小于4m,考慮到工程為住宅樓,板內有暗埋設備管,因此小于4m的板跨板厚也取100mm,5m板跨板厚取140mm。2、支座負筋直徑的取值。對于工程的設計,一般板厚都≥100mm。根據簡支板現行混凝土結構設計規范給出的最小構造支座負筋為φ8@200,這與舊規范所給的φ6@200合適,因為φ6@200的筋太軟,鋼筋架易被踩蹋,致使負筋的有效高度很低而發揮不了構造負筋的作用,現行所規定使用的φ8鋼筋雖比φ6鋼筋要好些,但如不采取其它措施,也同樣易產生構造負筋變位。
四、柱的設計
工程框架柱設計的一個突出問題就是鋼筋混凝土柱的軸壓比問題,在設計中經常出現,框架柱的斷面由軸壓比限值確定,這往往使柱子斷面很大,一方面,這樣大的柱子,很容易使柱的剪跨比大于2而形成短柱;另一方面,由于柱斷面很大,占去了許多建筑空間,工程師們不易接受;同時,由于自重增大,引起地震反應增大,造成惡性循環。
(一)工程軸壓比限值的實質。規范通過限制軸壓比,主要是希望柱發生延性好的大偏心受壓破壞,從而保證框架柱有足夠的變形能力在高軸壓比情況下V-滯回環骨架曲線的下降段比較陡,滯回環的豐滿程度差,在循環次數不多的情況下,框架柱喪失的承載力較大,耗能的能力較差,在低軸壓比情況下V-滯回環骨架曲線下降段比較平緩,框架柱承受變形能力較大,而承載力降低不明顯,對軸壓比加以限制,即要求在滿足一定層間變形時,在反復荷載作用下滯回曲線在第三個循環抗力下降量不超過前一個循環抗力下降量,保證在大變形下,仍有穩定的承載能力,從而保證框架柱“大震不倒”。
(二)影響工程的因素:(1)選用矩形截面柱的原因。框架柱的斷面形狀將直接影響著柱截面界限破壞時鋼筋和混凝土內應變,應力的分布和混凝土受壓邊緣的極限應變,從而影響到不同的截面形式的框架柱,反映出的強度變形特性是不一樣的,在相同條件下,圓形柱的軸壓比限值可提高10%左右。但本工程為住宅建筑,考慮房間布局的因素,只選用矩形截面的柱而不考慮選擇圓柱。(2)剪跨比的確定。建立在截面界限破壞基礎上的軸壓比公式中,未考慮剪應力的影響,沒有體現出剪跨比的影響,事實上,剪跨比能夠大體反映截面上彎曲正應力與剪切應力的比例關系,因而是框架柱破壞形式的主導因素。通常認為框架柱的剪跨比越大,延性越好。在一般配筋條件下,當入>2時,框架柱在橫向水平剪力作用下,一般都會發生延性好的彎曲破壞;當入≤2時,框架柱就變成了短柱,在橫向水平剪力作用下,一般發生延性差的剪切破壞.這種情況在工程中出現在與樓梯休息平臺相連的框架柱和墻有大開窗處的框架柱。對與短柱工程采取全長加密,取ф8@100。(3)箍筋約束的影響。在利用界限破壞條件推導框架柱的軸壓比限值時,并沒有考慮箍筋約束的有利影響,箍筋能改善混凝土的受力性能,特別是能提高混凝土受壓邊緣的最大壓應變。(4)混凝土的強度等級的影響。工程不考慮采用高強混凝土,因為高強混凝土雖可以減小軸壓比,但是混凝土的強度等級不一樣,一般情況下,隨著混凝土強度等級的提高,變形能力變差。
總之,柱子設計關鍵是控制軸壓比,根據規范軸壓比限值取0.9。另外一個關鍵問題就是短柱現象,千萬不要忽略了。
【關鍵詞】: 結構設計; 合理; 分析
1 工程概況
某工程, 是一幢底層商業網點的單元式住宅樓, 建筑面積8 994 m2 , 建筑層數為6.5層, 總高度23.5 m, 建筑占地1 260 m2。工程自然備件: 基本風壓0.8 kN /m2 , 地基承載力特征值300 kPa。
2結構選型
建筑物的結構設計, 不僅要求具有足夠的承載力, 而且必須使結構具有足夠抵抗側力的剛度, 使結構在水平力作用下所產生的側向位移限制在規定的范圍內，基于上述基本原理, 工程綜合分析了結構的適用, 安全, 抗震, 經濟, 施工方便等因素, 選取結構為框架體系, 由鋼筋混凝土框架承擔豎向力和側力。鋼筋混凝土框架剛度布置相對比較均勻, 在滿足建筑功能情況下, 盡量減少平面扭轉對結構的影響。
由于工程體型相對簡單, 滿載較均勻, 且樁端下不在軟弱下臥層, 樁型為端承摩擦樁, 所以工程只在±0.000以上19軸與20軸間設100 mm寬的防震縫, 同時兼作伸縮縫。
3樓蓋設計
工程選用的是主次梁樓蓋, 主次梁樓蓋雖然存在著結構高度較大和模板安裝制作比較復雜的問題, 但卻具有下列優勢:
①樓蓋混凝土折算厚度最小, 自重最輕;
②開間大, 房間布局靈活;
③承載力大;
④對結構整體剛度的貢獻比平板和雙向密肋樓蓋要大得多。
3.1板的設計
3.1.1板厚取值
現澆樓蓋中, 板的混凝土用量約占整個樓蓋的50% ～60% , 板厚的取值對樓蓋的經濟性和自重的影響較大, 在滿足板的剛度和構造要求的前提下, 應盡量采用較薄的板,雙向板的最小板厚度為80 mm, 板的厚度與跨度的最小比值: 四邊簡支板為1 /40, 連續板為1 /50。工程最大板跨為5m, 其余板跨均小于4 m, 考慮到工程為住宅樓, 板內有埋機電暗管, 因此小于4 m的板跨板厚也取100 mm, 5 m板跨板厚取140 mm。
3.1.2板的配筋
板的配筋主要對板中某些不合理的配筋進行調整, 如工程衛生間, 陽臺處, 標高都為H0.05 m.PKCAD配筋時一般對負筋在板有高差情況下也通長配筋。
3.1.3支座負筋直徑的取值
對于工程的設計, 一般板厚度≥100 mm。根據簡支板現行混凝土結構設計規范給出的最小構造支座負筋為φ8@200, 這與舊規范所給的φ6@200合適, 因為φ6@200的筋太軟, 鋼筋架易被踩蹋, 致使負筋的有效高度很低而發揮不了構造負筋的作用。現行所規定使用的φ8鋼筋雖比φ6鋼筋要好些, 但如不采取其它措施, 也同樣易產生構造負筋變位。
4梁設計
隨著我國城市經濟的迅速發展, 大量建筑的興建, 建筑人員根據建筑功能和環境條件有目的的選擇主次梁樓(層) 蓋的設計方案也隨之增多, 同時也出現在主次梁樓蓋設計中應怎樣合理布置柱網的綜合效益最好。究竟應該選擇短跨為主梁還是選擇長跨為主梁, 在框架梁的彈性受力分析和承載力計算時, 是否應該考慮現澆板的共同工作效應, 如何有意識地對端跨進行調整會更有利。
4.1如何合理布局主次梁與柱網
主次梁體系的傳力途徑從廣義講是樓面荷載通過板傳給次梁, 再由次梁通過受彎傳給主梁, 最后由主梁傳給柱子。在支承和傳遞荷載的過程中, 主次梁的變曲變形, I均與它們各自承擔的彎矩Mi及其自身跨度的平方成正比,而與彈性模量E和彎曲平面內截面慣性矩Ii成正比, 另一方面, 從設計要求來分析, 建筑功能要求主次梁所占的結構空間高度越小越好。
因此, 工程做主次梁樓蓋的柱網布置時考慮上述影響優先選擇的柱網是矩形以短跨為主梁, 長跨為次梁, 而且短跨與長跨的比例應小于0.75比較經濟, 工程一般比較常取0.65～0.7, 這樣設計出來的主次梁截面高度能協調一致, 從而保證樓蓋的結構高度最小1另一方面, 從工程的使用功能和建筑美學方面考慮, 主梁的布置是依據房間布局而定的。
以短跨主梁截面尺寸為300 mm ×600 mm, 次梁截面尺寸為200 mm×300 mm現澆板厚為90 mm, 在正常使用荷載作用下。
4.2現澆板的考慮
在水平荷載作用下, 通過框架梁和現澆板的共同受彎來約束柱頂的轉動, 使柱子產生自上而下的反彎曲, 從而形成樓架作用，由于梁板的共同作用, 不僅提高了框架梁的截面剛度, 還提高了梁端負彎矩承載能力。因此設計工程時特別注意了下列問題:
(1) 框架彈性受力分析時框架梁的合理截面形式在進行整體現澆梁板分析時, 本人為計算方便, 把框架梁簡化為矩形截面(與無樓板或預制樓板的空框架一樣計算, 很顯然這與現澆梁板框架結構的實際性能不符。若在進行整體現澆梁板的框架分析時, 框架梁的線剛度僅取矩形截面IR值, 計算得出的自振周期明顯偏大, 而實際上框架位移值要比計算值小, 則該框架結構實際承受的地震作用及其效應都將比計算值大。在垂直荷載作用下的梁端負彎矩計算值偏大, 而跨中正彎矩值卻偏小等。所以, 設計時根據整體現澆梁板共同工作的特性和原理, 按規范規定的有效翼緣寬度, 將現澆板作為框梁架的翼緣, 共同參與彈性受力分析。
(2) 梁端負彎矩鋼筋的合理分布范圍對作為框架梁翼緣的現澆板內與架肋平行的鋼筋參與梁端正截面抗彎承載力工作的問題, 在《混凝土結構設計規范》( GB50010 -2002) 和《建筑抗震規范》(GB50011 - 2001) 中都未很明確的規定。所以, 設計時按矩形截面進行極限承載力計算所需的梁端負彎矩鋼筋與無現澆板的空框架梁一樣布置在梁筋頂部的寬度范圍之內, 而翼緣板內平行于梁肋的鋼筋則按現澆板的受力或構造要求設計布置, 這無形之中增加了梁支座處負彎矩鋼筋的配筋量, 導致負屈服彎矩的相應提高, 由于作為梁翼緣板內平行梁肋的鋼筋參與梁端抗彎承載力的工作, 支座處的負屈服彎矩明顯要比無翼緣矩形梁的負屈服彎矩提高1這時裂縫可能不會出現在框架梁上,而先在柱上出現塑性鉸, 形成強梁弱柱現象。
為實現“強柱弱梁”的設計目的, 保證在罕遇地震時,能很快地在梁端附近出現塑性鉸線, 形成具有延性的結構體系。應將按設計荷載, 地震作用計算所需的梁端彎矩鋼筋合理地分布在梁肋及其有效的翼緣寬度范圍之內。
至于多少有效翼緣寬度內的鋼筋可以被考慮, 共同參加梁支座正截面的抗彎工作也暫時沒有定論。根據經驗取每一梁側的6倍的板厚范圍內的板上, 下鋼筋參與共同抗彎。
在工程設計時為保證以上( 1) , ( 2) 兩點的共同作用, 梁端彎矩在SATWE程序的調整信息下進行調整, 梁端彎矩的調幅系數取0.8～1.0。
(3) 梁跨中彎矩的取值
在工程的設計過程中未考慮活荷載的不利分布, 而僅按滿布計算, 考慮該工程層數只有6.5層, 可通過調整跨中彎矩增大系數來加大梁的跨中彎矩, 以達到考慮活荷載不利分布影響的目的, 彎矩增大系數的取值范圍為1.0～1.3對于考慮活荷載不利分布的各層, 此系數不起作用。
(4) 梁扭矩折減
工程的現澆樓板采用剛性樓板假定。這時宜考慮樓板對梁抗扭的作用而對梁的扭矩進行折減, 折減系數一般為0.4～1.0對于工程折減系數取0.4。若考慮樓板的彈性變形, 梁的扭矩不應折減。
(5) 梁剛度增大
主要考慮現澆樓板對數值的作用, 樓板和梁連成一體按照“T”形截面梁工作, 而計算時梁截面取矩形, 因此可將現澆樓面中梁的剛度放大, 通常現澆樓面的邊框梁取1.5, 中間框架梁取2.0。
4.3關于次梁受力
工程所用的設計軟件PK引入了構件的內力大小與其剛度成正比, 并由變形協調條件確定。根據空間三維分析,次梁不再像平面框架分析方法中那樣作為荷載加到主梁上,而是與主梁共同作用。
其次從結構中可以看出, 局布結構布置較復雜, 主次梁有時很難確定, 梁的支座和跨長也就很難確定, 只能根據剛度條件來計算其實際受力狀況, 不過, 大多數情況下,對于框架梁, 一般以柱間距為一跨這與平面框架分析是一致的, 但對于非框架梁, 應該一榀框架梁到另一榀框架梁之間為一跨。
4.4主次梁相交導致后果
主次梁相交時, 當主梁兩側的次梁跨度相差過大而在主梁中引起的扭矩以及次梁邊跨與主梁相交在主梁中引起的扭矩往往容易被忽視, 其后果將導致建筑結構的可靠程度降低, 留下事故隱患, 甚至誘發安全事故。
因此結構設計中慎重考慮主次梁相交在主梁中引起扭矩的作用。根據扭矩的大小采取構造抗扭措施, 或通過計算來進行梁的抗扭設計, 而不要隨意把次梁兩端假定為鉸支來考慮忽視扭矩的作用。這樣做提高了建筑結構的可靠度, 消除了事故隱患, 尤其要盡量避免主次梁相交時次梁靠近主梁支座這種情況, 以免在主梁中產生過大的扭矩而使梁的抗扭截面尺寸不夠, 產生抗扭超筋現象。
4.5箍筋加密
工程抗震設計, 框架梁的梁端1.5 h～2h ( h為梁高)范圍內箍筋需要加密, 這是為了使梁端可能產生塑性鉸的區域有較好的延性, 這是抗震設計的構造要求。顯然, 構件除了要滿足抗震構造要求外, 還需保證在受力狀態下的安全, 如梁還應滿足豎向荷載作用(或與水平荷載組合作用) 下抗剪承載力的要求, 以此確定抗剪箍筋的數量。但工程所用的PK軟件只輸出框架梁端(節點) 處的剪力和箍筋面積, 梁其余部分的剪力和箍筋面積的變化情況不得而知, 導致用程序計算時在加密區1.5 h～2h長度內滿足梁端部受力和構造要求(如箍筋間距為100) , 而在非加密區(1.5 h～2 h以外) 范圍內的箍筋數量則按加密區數量50% (如間距200) 配置, 本人認為這是不安全的, 框架梁的剪力, 在豎向均布荷載作用下, 剪力反對稱, 若中間的箍筋數量按加密區數量的50%配置, 則加密區的長度至少需要L /4 (L為梁長) 。
因此, 做設計時應重視這一現象, 最好由端部剪力和梁上荷載計算出中間部分的剪力進行配置箍筋, 如果設計時間不允許, 為安全起見, 結合有經驗工程師的經驗, 在梁全長范圍內都按端部最大剪力配置箍筋, 最大間距為100mm或150mm, 這在水平荷載較大時也不會浪費多少鋼筋。
5柱設計
工程框架柱設計的一個突出問題就是鋼筋混凝土柱的軸壓比問題。在設計中經常出現, 框架柱的斷面由軸壓比限值確定1這往往使柱子斷面很大, 一方面, 這樣大的柱子, 很容易使柱的剪跨比大于2 而形成短柱; 另一方面,由于柱斷面很大, 占去了許多建筑空間, 工程師們不易接受, 同時, 由于自重增大, 引起地震反應增大, 造成惡性循環。
5.1工程軸壓比限值的實質
規范通過限制軸壓比, 主要是希望柱發生延性好的大偏心受壓破壞, 從而保證框架柱有足夠的變形能力在高軸壓比情況下V - 滯回環骨架曲線的下降段比較陡, 滯回環的豐滿程度差, 在循環次數不多的情況下, 框架柱喪失的承載力較大, 耗能的能力較差, 在低軸壓比情況下V -滯回環骨架曲線下降段比較平緩, 框架柱承受變形能力較大, 而承載力降低不明顯, 對軸壓比加以限制, 即要求在滿足一定層間變形時, 在反復荷載作用下滯回曲線在第三個循環抗力下降量不超過前一個循環抗力下降量, 保證在大變形下, 仍有穩定的承載能力, 從而保證框架柱“大震不倒”。
5.2影響工程的因素
(1) 選用矩形截面柱的原因
框架柱的斷面形狀將直接影響著柱截面界限破壞時鋼筋和混凝土內應變, 應力的分布和混凝土受壓邊緣的極限應變, 從而影響到不同的截面形式的框架柱, 反映出的強度變形特性是不一樣的, 在相同條件下, 圓形柱的軸壓比限值可提高10%左右。但本工程為住宅建筑, 考慮房間布局的因素, 只選用矩形截面的柱而不考慮選擇圓柱。
(2) 剪跨比的確定
建立在截面界限破壞基礎上的軸壓比公式中, 未考慮剪應力的影響, 也沒有體現出剪跨比的影響, 事實上, 剪跨比能夠大體反映截面上彎曲正應力與剪切應力的比例關系, 因而是框架柱破壞形式的主導因素。通常認為框架柱的剪跨比越大, 延性越好。在一般配筋條件下, 當λ> 2時, 框架柱在橫向水平剪力作用下, 一般都會發生延性好的彎曲破壞; 當λ≤2時, 框架柱就變成了短柱, 在橫向水平剪力作用下, 一般發生延性差的剪切破壞,這種情況在工程中出現在與樓梯休息平臺相連的框架柱和墻有大開窗處的框架柱。對與短柱工程采取全長加密, 取ф8@100。
(3) 箍筋約束的影響
在利用界限破壞條件推導框架柱的軸壓比限值時, 并沒有考慮箍筋約束的有利影響, 箍筋能改善混凝土的受力性能, 特別是能提高混凝土受壓邊緣的最大壓應變。
(4) 混凝土的強度等級的影響
工程不考慮采用高強混凝土, 因為高強混凝土雖可以減小軸壓比, 但是混凝土的強度等級不一樣, fc和不一樣,一般情況下, 隨著混凝土強度等級的提高, 變形能力變差。
總之, 柱子設計關鍵是控制軸壓比。根據規范軸壓比限值取0.9。另外一個關鍵問題就是短柱現象, 千萬不要忽略了。
6結語
關鍵詞：短肢剪力墻；結構設計；結構剛度；概念設計
中圖分類號：TU746 文獻標識碼：A 文章編號：1009－2374(2009)12－0149－03
近年來，隨著經濟發展和生活水平的提高，人們對住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求也越來越高。若采用框架結構，往往因柱楞突出隔墻，妨礙美觀，影響使用效果。若采用一般剪力墻結構，雖無柱體外凸的缺點，但對于底部有停車場等公共設施的情況則矛盾很大，滿足不了建筑的使用功能。而且，對于房屋高度不太大的小高層建筑，采用剪力墻結構會造成剛度過大，重量增加，導致地震反應過強，使得上部結構和基礎造價提高。所以說，對于小高層建筑，一般剪力墻結構體系也不是一種理想的設計方案。為了避免上述缺陷，以一般剪力墻結構為基礎，吸取框架結構的優點，使結構剛度調整到適宜，由此形成了一種結構體系――“短肢”剪力墻結構體系。短肢剪力墻結構是指墻肢截面高度為厚度5～8倍的剪力墻結構，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型及少量的“一”字型。和一般剪力墻相比，這種結構型式的優點在于：
1 墻肢較短，布置靈活，可調整性大，容易滿足建筑平面的要求。
2 減少了剪力墻而代之以輕質砌體，結構自重相應減輕，從而減小結構整體剛度，增大振動周期，降低地震作用力。
3 墻肢高寬比較大，延性較好，對抗震有利。
4 連梁跨高比較大，以受彎破壞為主，地震作用下首先在弱連梁兩端出現塑性鉸，能起到很好的耗能作用。
5 墻肢的承載力得到了較充分的發揮。
目前，《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2002已對短肢剪力墻結構的設計作出了規定。現以某小區一棟小高層住宅為例，介紹一下短肢剪力墻結構的設計情況。
一、工程概況
某工程3#樓，是1棟小高層帶電梯的住宅樓，總建筑面積約1.02萬m2，房屋總高度31.8m。主樓共10層，平面尺寸為45.6m×22m，其中架空層一層，層高4.8m，作車庫使用；地上9層為住宅標準層，層高3m；局部突出屋面部分為電梯機房。裙樓為外擴地下室，也作車庫使用，平面尺寸為45.6m×18m，層高3.3m，頂板面比主樓1層樓面低1.5m。
本工程建筑結構的安全等級為二級，抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，地面粗糙度為B類，基本風壓值取0.35kN/m2，場地土類別為Ⅱ類，屬抗震有利地段。
二、上部結構體系
本工程的平面體型較為復雜，住宅層結構平面Y向一側凹進的尺寸為10.8m，為Y向總尺寸的49.1％，大于30％，按《建筑抗震設計規范》GB50011-2001第3.4.2條，屬平面不規則類型。加上主、裙樓高差較大，地下室外擴部分面積也較大，故本工程設置了兩道防震縫，將上部結構劃分為三個較規則的抗側力結構單元，即主樓為兩個結構單元(完全相同)，裙樓為1個結構單元。其中，主樓結構單元局部高差較大部分采用后澆帶處理。
由于業主要求承重構件不能突出墻面，且架空層要盡量滿足停車位的需要，根據房屋高度，決定主樓采用短肢剪力墻結構。主樓10層，屬于高層建筑，剪力墻抗震等級按JG]3-2002第4.8.2條應定為四級，但由于是短肢剪力墻，根據JGJ3-2002第7.1.2條，決定按三級進行設計。裙樓采用框架結構，框架抗震等級為四級。
三、主樓上部結構抗震計算結果分析
(一)主要結構構件
剪力墻截面厚度同相鄰砌體填充墻厚度：四周外墻肢肢厚240mm，內墻肢肢厚200mm；但無端柱的一字形短墻肢除外：底層肢厚300mm，其余肢厚240mm。剪力墻砼強度等級2層以下為C35，3層以上為C25梁、板的砼強度等級均為C25。主要連梁的尺寸多為240×500mm，核心筒處樓板的厚度為200mm，頂層樓板厚度為120mm。
有別于肢長肢厚比不大于4.0的異形柱，短肢剪力墻的肢長肢厚比按規范要求控制在5～8范圍內，一般剪力墻的肢長肢厚比均大于8。值得注意的是，對肢長肢厚比為4～5范圍內的墻肢，目前規范尚無明確條文規定其構件類型，故設計時建議不要采用。
(二)計算結果分析
從構件力學特性上來說，短肢剪力墻的肢長與肢厚比≥5.0，更接近于剪力墻，故計算時將短肢剪力墻作為剪力墻而不是柱考慮應更合理。因此，結構整體計算采用中國建筑科學研究院開發的SATWE程序(2003年版)進行。SATWE采用的是在每個節點有六個自由度的殼元基礎上凝聚而成的墻元模擬剪力墻，墻元不僅具有平面內剛度也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的真實受力狀態，計算結果較精確；同時，對樓板SATWE可以考慮其彈性變形。
雖然主樓結構平面較規則，立面也無剛度突變現象，但由于剛度較大的電梯井處筒體有點偏置，會產生扭轉的影響，為了計算準確，地震作用計算考慮了結構的扭轉耦聯和5％偶然偏心的影響，取了9個振型計算。
1 自振周期的控制。考慮扭轉耦聯時的自振周期(計算時自振周期折減系數取0.8)如表1所示。從表1可得，結構扭轉為主的第一自振周期T3=0.7233s，平動為主的第一自振周期Tl=1.0532s，T3／T1=0.687
2 結構位移的控制。最大層間位移角(應≤1／1000)、最大水平位移與層平均位移的比值(不宜大于1.2，不應大于1.5)及最大層間位移與平均層間位移的比值(不宜大于1.2，不應大于1.5)見表2，從中可以看出結構在風荷載和地震作用下的位移均能很好地滿足規范限值。
3 樓層最小地震剪力的控制。GB50011-2001及JGJ3-2002規范中，均沒有對6度設防烈度區的樓層最小地震剪力系數值作限制，故本工程不予考慮。
4 短肢剪力墻與一般剪力墻剛度比的控制。短肢剪力墻及一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩見表3。由表中數據可見，本工程一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩小于結構總底部地震傾覆力矩的50％，滿足JGJ3-2002規范第7.1.2條的規定。
四、結構設計的主要技術措施
(一)短肢剪力墻設計
為了保證結構有足夠的抗側剛度，設計中將電梯井道與樓梯間的剪力墻形成本結構的核心筒，其余剪力墻采用短肢剪力墻通過連梁連接，形成了具有一定抗側力的短肢剪力墻 結構體系。根據短肢剪力墻結構的特點：地震作用下的抗扭能力較弱，因此，本工程設計中將一般剪力墻布置在建筑四角處，短墻肢盡量均勻對稱布置，以減小水平力作用下的扭轉效應，且短墻肢絕大多數在兩個方向有連接，即截面型式多采用L、T型。少量短墻肢由于建筑需要采用了一字型，為了減少剪力墻平面外彎矩，設計時盡量不布置與之垂直相交的大跨度單側樓面梁，避免不了的墻肢，盡量設端柱。短肢剪力墻的肢長肢厚比按規范要求控制在5～8范圍內，并且保證每一段墻肢長度不小于1.2m。另外，對短肢剪力墻的軸壓比均控制在0.6以內，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率均大于1.2％。由于短肢剪力墻的肢長較短，故截面配筋型式參照異形柱(如圖1所示)，縱向鋼筋間距不大于200mm，箍筋肢距不大于300mm，箍筋間距100mm。
(二)連梁設計
本工程中，由于剪力墻數量較多，且比較分散，布置均勻，墻肢較短，各片剪力墻之間抗側剛度相差不大，在水平力作用下，每片剪力墻受力較均勻因此，構成剪力墻壁的主要構件連梁無超筋現象。跨高比≥5的連梁按框架梁進行設計(頂層處按連梁的構造要求配筋)，其余連梁按JGJ3-2002中第7.2.26條的規定設計。為保證樓層處的梁連成一個整體，框架粱、連梁及暗梁設有一定數量的縱向鋼筋拉通。
(三)樓板設計
由于核心筒處的樓板受到電梯井及樓梯開洞的削弱，使得核心筒上下兩部分平面的連接較為薄弱，故與建筑專業協商，要求該部分樓板的連接寬度不小于5m，并在設計時加厚為200mm，配雙層雙向通長筋φ12@200。為加強建筑物的頂部約束，提高抗風、抗震能力，頂層樓板加厚為120mm。
五、短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節及概念設計
短肢剪力墻結構是介于框架一剪力墻結構和一般剪力墻結構之間的一種結構形式，其抗震薄弱環節是建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、“一字形”短肢剪力墻及連梁。當有扭轉效應時，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂；在地震作用下，高層短肢剪力墻結構將以整體彎曲變形為主，短肢剪力墻因截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一字形”小墻肢破壞最嚴重；在短肢剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對減小，連接短肢剪力墻間的連梁已類似普通框架梁，其受剪破壞的可能性增加。因此，在短肢剪力墻結構設計中，對這些薄弱環節，應加強概念設計和抗震構造措施。例如，短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，必要時可用一般剪力墻來調整剛度中心，使剛度中心盡量接近建筑物質心，以減小扭轉效應；由于短肢剪力墻的抗側移剛度相對較小，故設計時應盡量利用電梯、樓梯間來形成一個核心筒，確保結構有足夠的剛度，共同抵抗水平力；核心筒作為主要抗側力構件時，設計中應保證核心筒與其結構的連接區域可靠；短肢剪力墻的最小截面厚度要滿足規范要求的200mm。適當增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度及長度，嚴格控制短肢剪力墻截面的軸壓比不超過規范要求，并加強短肢剪力墻(尤其是底部)的配筋，以提高墻肢的抗扭剛度、承載力和延性；短肢剪力墻截面小，壁薄，平面外穩定性差，故宜在兩個方向均有梁與之拉結，連梁宜布置在各肢的平面內，避免采用“一字形”墻肢，否則應采取加大配筋、減小軸壓比、設置端柱等加強措施；高層結構中連梁是―個耗能構件，連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，故連梁設計中應按“強剪弱彎”的原則進行，如對跨高比≥15的連梁應按框架梁進行設計，以保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞。
六、結語
作為剪力墻結構體系的分支，短肢剪力墻結構由于結構布置方面的靈活性和可調整性，使其各項技術經濟指標均較一般剪力墻結構理想，因而，在小高層住宅樓結構設計中已被廣泛采用。設計短肢剪力墻結構時，應區別于一般剪力墻結構，多結合住宅特點，使結構剛柔適中，并運用抗震概念設計的原則，采取有效的抗震措施，注重細部設計，從而做到結構設計安全、經濟、適用。
參考文獻
[1]高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3-2002)[S]
[2]建筑抗震設計規范(GBS0011-2001)[s]
關鍵詞：結構體系，框架剪力墻，結構計算
Abstract: This paper briefly introduces the design and calculation process of 28 # building project of No.13 land in Lvshun navy camp by Dalian Ruixin real estate Co. Ltd., and explains the foundation design, structure system, calculation analysis of this project.Keywords: structure system; the frame shear wall; structure calculation
中圖分類號:TU973+.19文獻標識碼：A 文章編號：
一、工程概述
大連瑞鑫房地產旅順水師營十三號地塊28#樓位于大連市旅順口區水師營街道，建筑面積4640.06 m2,，地下車庫和半地下車庫各一層，地上八層，該住宅樓總高度26.90m，地下車庫層高3.0m，半地下車庫2.6m，地上各層層高均為3.0m。標準層建筑平面圖見圖一：圖一
二、結構體系及截面設計
根據建筑功能要求和平面布置特點，本工程結構采用框架-剪力墻結構，建筑結構安全等級二級，設計使用年限50年。抗震等級:框架:三級;剪力墻：二級。 抗震設防烈度為7度,設計基本加速度值為0.1g，所屬地震分組為第二組。電梯井道，水暖井為剪力墻，建筑物東西兩側在A~C軸之間布置剪力墻。本工程計算軟件為PKPM CAD結構計算軟件2010版。
1.荷載的取值：基本雪壓： 0.4KN/ m2；
基本風壓：0.65KN/ m2；
屋面均布活荷載標準值: 機房：7.0 KN/ m2；樓面：2.0 KN/ m2；樓梯：3.5 KN/ m2；懸挑陽臺：2.5KN/ m2；屋面：0.5 KN/ m2。
2.材料選用：
（1）混凝土：C30;基礎墊層: C15。:圈梁、過梁及構造柱采用C25混凝土。
（2）鋼筋：熱軋鋼筋HPB300（）,HRB400()。
（3）填充墻：非承重填充墻采用輕集料混凝土空心砌塊；其強度等級不低于MU3.5(外墻不
低于MU5.0)，砂漿強度等級不低于Mb5。
3.主要受力構件截面尺寸:
(1) 擋土墻墻厚250mm，剪力墻墻厚200mm。通過PKPM軟件中SATWE的計算，底層墻肢底截面的軸壓比滿足《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010中6.4.5條的規定，軸壓比不大于0.3，墻肢兩端設置構造邊緣構件。根據6.1.10規定，抗震墻底部加強部位為地下一層至地上一層的范圍。
（2）柱截面尺寸：初步按400X400mm設計。
（3）標準層梁布置見圖二：
圖二
（4）板：根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3-2010第3.6.3條，地下室頂板厚度為160mm。半地下室板厚120mm，地下及半地下室采用雙層雙向配筋。一~七層板厚100mm，其中圖三中標注的樓板①板厚為110mm。八層及機房層板厚均為120mm，雙層雙向配筋。
三、結構計算
1建立模型：根據建筑圖及初步設計的主要構件截面尺寸在PKPM結構軟件的PMCAD中建立模型。注意：填充墻上荷載加到梁上時，計算墻荷載應是層高減去梁高。在設計參數的地震信息中，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.17規定，框架-剪力墻結構周期折減系數取0.7~0.8。.
2模型計算
在PKPM結構軟件板施工圖中，計算參數的選取：樓板負彎矩調幅系數取0.8，裂縫按0.3mm控制，地下室頂板按0.20mm控制。（混凝土結構設計規范GB 50010-2010中表3.4.5結構構件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限制）。在樓板計算中，裂縫和撓度均滿足規范要求。
在SATWE分析與設計參數補充定義中：
在計算結構的位移比時，要選“對所有樓層采用剛性板假定”，在計算結構的內力和配筋時，則宜不選。
恒活荷載計算信息：選模擬施工加載3。
地震信息中：考慮偶然偏心，結構位移比大于1.2時，需要考慮雙向地震作用。如果偶然偏心和雙向地震作用同時選取時，PKPM軟件程序兩者取大值。
活荷信息：柱 墻設計時活荷載折減。
調整信息：連梁剛度折減系數取0.7。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》8.1.4規定，經軟件計算，Vf
在分析結果圖形和文本顯示中：在邊緣構件信息修改中，將邊緣構件設置成構造邊緣構件。
3.對計算結果的分析及調整
(1)軸壓比：柱(墻)軸壓比N/(fcA)指柱(墻)軸壓力設計值與柱(墻)的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比。它是影響墻柱抗震性能的主要因素之一，為了使柱墻具有很好的延性和耗能能力，規范采取的措施之一就是限制軸壓比。 查看: 混凝土構件配筋，《建筑抗震設計規范》6.3.6和6.4.2，《高層建筑混凝土結構技術規程》6.4.2和7.2.13對墻肢和柱均有相應限值要求。軸壓比不滿足時需增大該墻、柱截面或提高該樓層墻、柱混凝土強度。
經SATWE計算，地下室及半地下室部分框架柱軸壓比大于0.85，不滿足《建筑抗震設計規范》6.3.6的規定，需要加大柱的截面尺寸。
當墻肢的軸壓比雖未超過上表中限值，但又數值較大時，可在墻肢邊緣應力較大的部位設置邊緣構件，以提高墻肢端部混凝土極限壓應變，改善剪力墻的延性，見《建筑抗震設計規范》6.4.5和《高層建筑混凝土結構技術規程》7.2.14的規定。PKPM程序對底部加強部位及其上一層所有墻肢端部均按約束邊緣構件考慮。
(2)周期比：周期比即結構扭轉為主的第一自振周期（也稱第一扭振周期）Tt與平動為主的第一自振周期（也稱第一側振周期）T1的比值。周期比主要控制結構扭轉效應，減小扭轉對結構產生的不利影響，使結構的抗扭剛度不能太弱。
查看:WZQ.OUT 。
周期、地震力與振型輸出文件
(VSS求解器)
======================================================================
考慮扭轉耦聯時的振動周期(秒)、X,Y 方向的平動系數、扭轉系數
振型號周 期轉 角平動系數 (X+Y) 扭轉系數
1 0.9482179.920.99 ( 0.99+0.00 )0.01
2 0.7631 90.041.00 ( 0.00+1.00 )0.00
3 0.5888 26.210.01 ( 0.01+0.01 )0.99
4 0.26220.100.99 ( 0.99+0.00 )0.01
5 0.1935 90.210.96 ( 0.00+0.96 )0.04
調整標準：《高層建筑混凝土結構技術規程》3.4.5。周期比不滿足要求時，說明結構的扭轉剛度相對于側移剛度較小，結構扭轉效應過大。調整原則是加強結構墻、柱或梁的剛度，適當削弱結構中間墻、柱的剛度。 本工程在建筑物東西兩側A~C軸之間布置剪力墻，經計算周期比為0.62，小于0.9，滿足規范要求。
結構的第一、第二振型宜為平動，扭轉周期宜出現在第三振型及以后。見《建筑抗震設計規范》3.5.3條3款及條文說明“結構在兩個主軸方向的動力特性(周期和振型)宜相近”。
剪重比：剪重比即最小地震剪力系數λ，主要是控制各樓層最小地震剪力。《建筑抗震設計規范》5.2.5和《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.12規定，抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震剪力不應小于最小地震剪力系數λ。查看:WZQ.OUT，滿足規范要求。
剛度比：剛度比指結構豎向不同樓層的側向剛度的比值（也稱層剛度比），該值主要為了控制高層結構的豎向規則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。
查看:WMASS.OUT，剛度比滿足《建筑抗震設計規范》3.4.3-2和《高層建筑混凝土結構技術規程》3.5.2的要求。
剛重比：結構的側向剛度與重力荷載設計值之比稱為剛重比。查看:WMASS.OUT：結構整體穩定驗算結果
X向剛重比 EJd/GH**2=8.67
Y向剛重比 EJd/GH**2= 12.68
該結構剛重比EJd/GH**2大于1.4,能夠通過高規(5.4.4)的整體穩定驗算
該結構剛重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考慮重力二階效應
（6）位移比：即樓層豎向構件的最大水平位移與平均水平位移的比值。查看:WDISP.OUT調整標準:抗規3.4.4，5.5.1，高規 3.4.5,，3.7.3.
對于計算結果的判讀，應注意以下幾點：a.若位移比（層間位移比）超過1.2，則需要在總信息參數設置中考慮雙向地震作用;b.驗算位移比需要考慮偶然偏心作用，驗算層間位移角則不需要考慮偶然偏心c.驗算位移比應選擇強制剛性樓板假定，但當凸凹不規則或樓板局部不連續時，應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時尚應計及扭轉影響d.最大層間位移、位移比是在剛性樓板假設下的控制參數。構件設計與位移信息不是在同一條件下的結果（即構件設計可以采用彈性樓板計算，而位移計算必須在剛性樓板假設下獲得），故可先采用剛性樓板算出位移，而后采用彈性樓板進行構件分析。
四、基礎設計
根據地質部門提供的地質報告，工程場地土層依次為耕土，含碎石粉質粘土，全風化板巖，強風化板巖，中風化板巖，本工程基礎采用人工挖孔灌注樁，樁端持力層為強風化板巖，樁端極限端阻力標準值為6000Kpa(不考慮樁側摩阻)。根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002中8.5.5計算，采用樁徑為0.8m，擴大頭為1.2m，樁長為6~7米，樁端嵌入巖層均不少于0.5m，樁身混凝土強度等級C30。
以上主要介紹了大連瑞鑫房地產旅順水師營十三號地塊28#樓工程的設計與計算過程，本文不足之處還望批評指正。
參考文獻
1.《建筑結構荷載規范》 GB50009-2001(2006年版) 中國建筑工業出版社，2006
2.《混凝土結構設計規范》GB50010-2010中國建筑工業出版社，2011
3.《建筑抗震設計規范》GB50011-2010中國建筑工業出版社，2010
4.《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002中國建筑工業出版社，2002
關鍵詞：住宅建筑；結構設計；；抗震設計
Abstract: This article mainly through engineering examples, aiming at a high-rise residential building shear wall structure design process to analyzed and discussed key points, mainly described from the structural design and layout, building structure calculation and result analysis as well as structural components such as design elements in detail.
Key words: Housing construction; structural design; seismic design
中圖分類號：F416.9 文獻標識碼A 文章編號
一、工程概述
某高層住宅樓，采用框支剪力墻結構；地上32層（95.9m） ，首層二層為商業，首層層高為4.8m，二層層高4.1m，二層以上為住宅，層高為2.9m；2層地下室，為車庫及設備用房，負一層層高5.6m，負二層層高3.8m。三層樓面設置了梁板式結構轉換層，設計使用年限為50年，安全等級為二級，建筑物抗震設防類別為標準設防（丙） ；地震分組第一組，抗震設防烈度7度；基本加速度為0.10g，場地類別為二類。
二、結構設計與布置
1、抗震等級的確定
本工程考慮地下室頂板作為嵌固部位，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》 （JGJ3 － 2010）第3.9.3條規定確定抗震等級；框支框架抗震等級為一級，剪力墻底部加強部位抗震等級為一級，非底部加強部位的剪力墻抗震等級為二級；地下一層抗震等級一級，地下二層抗震等級二級；整體結構仍按一般剪力墻結構采取抗震構造措施。
2、轉換層結構布置
構件選擇轉換層可供選擇的構件形式有梁、桁架、空腹桁架、箱形結構，斜撐、厚板等。在工程實踐中，以轉換梁的型式最常見，它設計和施工簡單，受力明確，廣泛應用于底層大空間剪力墻結構中，本工程經比較后采用了巨型梁轉換層結構型式。
3、標準層結構布置
標準層墻柱布置時盡量使結構的剛度中心與質量中心重合，以減少地震作用下的扭轉效應，因此把剪力墻均勻布置在建筑物的周邊。平面形狀變化尤其凹凸較大時，在凸出部分的端部附近布置剪力墻，同時增強邊角部位剪力墻的剛度，加大平面遠端剛度結合樓梯間及電梯間布置筒形剪力墻，用來結構控制位移，提高抗震性能。并且在布置剪力墻時縱橫剪力墻盡量組成L形、T形，在縱橫兩個主軸方向上使剪力墻剛度基本上一致。在設計過程中，與建筑專業緊密配合，盡量使上部墻體直接落在框支柱或框架轉換梁上，而不隨便采用次梁轉換標準層結構的豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度自下而上逐漸減小，混凝土強度等級由C50漸變至C30，剪力墻厚度由300mm漸變至200mm。
標準層住宅在剪力墻局部開設角窗，削弱了剪力墻結構體系的整體性，針對這一不利因素，在角窗處設置了200mmX1200mm的梁（上翻600mm） ，以提高在地震作用下的結構的整體抗扭能力；除此之外標準層框架梁截面設計為200mmX550mm，內部梁根據使用凈高和受荷情況而定，最高不能高于600mm。標準層的核心筒位于平面中心，電梯間開洞使樓面有較大的削弱，結構設計時將核心筒內樓板板厚加厚至150mm，并采取雙層雙向配筋，以加強其剛度；邊角板厚120mm且不小于板計算跨度的1/35，其余板厚不小于100mm且不小于1/35。
三、結構計算及結果分析
住宅采用中國建筑科學研究院PKPM系列SATWE軟件計算分析，以SATWE的計算結構為施工圖的主要設計依據。
1、振型及周期
住宅計算振型數為24個，計算結果顯示抗震計算時的振型參與質量與總質量之比為：X向為96.05%，Y向為96.01%；可見計算時采用的振型數是足夠的計算基本周期及扭轉因子，空間振型的周期：T1=2.82（Y方向平動系數1.0；T2=2.49；X向平動系數0.98） ；T3=2.18（扭轉系數0.98）根據大量工程實例的統計，正常情況下框架剪力墻結構的第一自振周期大概范圍為：T1=（0.08 ～ 0.12）n（n為建筑物的層數） ，本工程第一振型的周期約為0.09n屬于在正常范圍之內按剛性樓板假定進行結構整體計算時，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9。本工程扭轉周期比Tt1/T1=0.773，滿足規范要求結構的水平位移在規范的允許范圍之內，結構的剛度合理。
住宅存在著一定的扭轉不規則，即在考慮偶然偏心影響
的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移與樓層平均值之比超過1.2倍，但是其比值較小（＜1.31） ，特別是塔樓部分普遍都小于1.25，最大值都在裙樓。這是由于裙樓處的水平剛度較大，其平均層位移很小，但是由于裙樓質心到端部尺寸很大，盡管扭轉角很小也容易造成扭轉不規則指標超限考慮到裙樓的層間位移絕對值都很小，層間位移角值比規范限基本小一倍以上，因此，對于整個結構的影響是比較小的。
2、轉換層剛度比
剛度比計算選用剪切剛度參數計算，轉換層上部結構與下部結構的側向剛度比為：X方向γ=1.198，Y方向γ=1.182，轉換層上下層側向剛度比較小；轉換層上下層的層間位移角比較接近，在轉換層處還是實現了側向剛度漸變的要求的。
3、動力時程分析
住宅采用SATWE程序進行動力時程分析，對結構進行了補充設計。波形采用mmw－3、lan3－3，lan5－3以層間剪力和層間變形為主要控制指標。與振型分解法結果相比，大部分樓層墻。梁配筋基本一致，說明整個結構的剛度設計合理。設計中對薄弱樓層的配筋采取了加強措施。
四、結構構件設計
1、框支柱
框支柱抗震等級為一級，軸壓比不得大于0.6，對于部分因截面尺寸較大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性還與配箍率有密切關系，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，全長加密，且箍筋體積配箍率不得小于1.5%。抗震設計時，規范規定了剪力墻底部加強部位（從地下室底板算起至轉換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10） ，其目的是在此范圍內采取增加邊緣構件箍筋和墻體縱橫向鋼筋等抗震加強措施，避免脆性的剪切破壞，改善整個結構的抗震性能。
2、轉換層樓板
框支剪力墻結構以轉換層為分界，上下兩部分的內力分布規律是不同的。在上部樓層，外荷載產生的水平力大體上按各片剪力墻的等效剛度比例分配；而在下部樓層，由于框支柱與落地剪力墻間的剛度差異，水平剪力主要集中在落地剪力墻上，即在轉換層處荷載分配產生突變。由于轉換層樓板承擔著完成上下部分剪力重分配的任務，且轉換層樓板自身必須有足夠的剛度保證，故轉換層樓板采用C45混凝土，厚度200MM，￠10@150鋼筋雙層雙向整板拉通（采用三級鋼） 。
五、結束語
綜上分析，在建筑結構設計時，除了滿足建筑的使用功能的要求之外，還要使結構體系更加合理，應從建筑功能、結構受力、設備使用、經濟合理等多方面入手進行結構的選型和柱網布置，從而滿足建筑結構合理的使用要求。
參考文獻：
[1]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3－2010）修訂版
關鍵字：超高層；剪力墻結構；彈塑性靜力推覆；中震彈性
一、 工程概況：
本工程位于廣州市原楊箕村，位于廣州大道以西，中山一路以南，建筑用地面積約9500m2，總建筑面積為12.50萬m2，其中地下室面積3.71萬m2。地下室4層，為停車庫、設備用房。地上3棟塔樓，其中 F1棟49層，總高約162.4米，采用剪力墻結構形式；F2棟47層，總高約156.1米，采用部分框支剪力墻結構形式；F3棟45層（標準層與F2棟為鏡像關系），總高約149.8米，采用部分框支剪力墻結構形式（3棟塔樓的第2層為商業、第3層為架空層，均已設縫與商業裙樓Q5斷開）。抗震設防烈度為 7度、Ⅱ類場地，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為 0.10g，特征周期0.35s，抗震設防分類為丙類。基本風壓：W0=0.60KN/m2（n=100年）；位移計算：W0=0.50KN/m2（n=50年）； 建筑物地面粗糙度類別為D類；本文對其中F2棟進行超限設計說明。F2棟超B級高度6.1m；部分豎向構件在4層轉換；屬于Ⅰ類扭轉不規則結構；標準層2-A到2-F軸方向塔樓平面突出尺寸為投影方向總尺寸55%>30%，屬于凹凸不規則結構。抗震性能目標為C。
二、結構體系
1、抗側力體系
本工程根據建筑平面設計及考慮結構抗側能力，采用部分框支剪力墻結構，轉換層設置在建筑4層樓面。
結構的主要抗側力構件為剪力墻。各棟樓、電梯間均設置了較完整的剪力墻核心筒，標準層墻厚450～250mm（部分電梯間隔墻厚為200mm），1～3層為商業區域及架空層，層高較大（5.0～5.6m層高），為減少樓層剛度突變，保證樓層抗剪承載力無突變，對剪力墻做加厚處理，底部剪力墻大多數加厚為500mm。F2棟標準層剪力墻設置較均勻，但有局部豎向構件無法落地，詳見轉換層平面圖（附件2結構平面布置圖），轉換層以下X向框支柱與框支柱之間加強其連接（加大梁截面）。
2、樓板結構方案
為加強平面剛度，保證抗側力構件協同工作，本工程采用現澆混凝土梁板體系。地下室底板采用平板結構，板厚h=600mm。地下三～地下一層采用無梁樓蓋，板厚h=300～400mm。首層（地下室頂板）采用梁板結構，板厚200mm，2～3層商業板厚h=120mm。轉換層混凝土樓板厚度200mm，其上一層樓蓋樓板厚度h=150mm。標準層樓板厚度為100～150mm（視板跨度而定），避難層梁板由于局部開大洞，整層樓板厚度加強為150mm。核心筒內及與核心筒相連的樓板厚150mm，天面層板厚120mm。
三、結構分析
1、小震下彈性靜力分析：分別采用以下兩款軟件進行計算
SATWE―高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件。
盈建科―結構設計有限元分析軟件。周期調整系數取0.90，樓層自由度為3，考慮扭轉耦聯振動影響。計算結果如下：
計算結果分析結果如下：
第一扭轉周期與第一平動周期之比僅為0.76，小于規范限值 0.85，說明本工程整體抗扭剛度較大，能滿足“高規”3.4.5條要求。
有效質量系數均大于 90%，所取振型數足夠。
在風荷載或多遇地震標準值作用下層間位移角
X、Y 方向剪重比（調整后）均滿足“抗規”第 5.2.5 條及“高規”4.3.12條要求。
在偶然偏心地震荷載作用下，部分樓層最大扭轉位移比大于1.20，屬于不扭轉規則結構，但小于1.40，滿足“高規”3.4.5 條的要求。
側向剛度不規則按“高規”3.5.2條要求，該層側向剛度小于相鄰上一層的90%（樓層層高大于上層1.5倍時，該層側向剛度小于相鄰上層的1.1倍）（樓層側向剛度取樓層剪力/層間位移角），SATWE和盈建科結構軟件結果均滿足該要求，側向剛度無突變。
樓層層間抗側力結構的受剪承載力大于其上一層受剪承載力的 75%，滿足“高規”第 3.5.3 條樓層承載力均勻性要求。
剛重比小于 2.7（大于1.4），根據“高規”5.4.1 條，須考慮 P-Δ效應。
剪力墻最大軸壓比均小于0.5，滿足“高規”軸壓比限值。
框支框架承擔的地震傾覆力矩小于結構總傾覆力矩的50%，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》（JCJ3-2010）10.2.16第7條。
按照《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）附錄E.0.2和E.0.3要求，轉換層設置在第2層以上時，轉換層下部與上部結構的等效抗側剛度比γe不小于0.8，SATWE和盈建科結構軟件結果均滿足該要求。二階效應。
2、彈性時程分析
按地震選波三要素（頻譜特性，有效峰值和持續時間），選取 II 類場地上五組實際強震記錄tianran1、tianran2、tianran3、TH2TG035、DS1-S，以及二組人工模擬的場地波 user4、rengong2進行彈性時程分析，并對分析結果進行調整，以確保平均底部剪力不小于振型分解反應譜法結果的 80%，每條地震波底部剪力不小于反應譜法結果的 65%。
時程分析結論：
時程分析結果滿足平均底部剪力不小于振型分解反應譜法結果的80%，每條地震波底部剪力不小于反應譜法結果的65%的條件。
由上述計算結果對比可見，彈性時程分析的各棟樓層內力和位移平均值均小于安評反應譜結果，安評反應譜分析結果在彈性階段對結構起控制作用。
由上述計算結果對比可見，樓層位移曲線以彎曲性為主，F3棟彈性時程分析的樓層內力和位移曲線在3層轉換層處有相對來說不明顯的突變，3層以上樓層及F1棟F2棟的曲線平滑、無明顯突變，與彈性靜力分析的結果一致；曲線斜率變化最大位置接近底部，說明最大有害層間位移角位于底部樓層。根據以上分析，設計時，需特別保證底部加強區的豎向構件延性，予以構造加強。
樓層位移曲線以彎曲性為主，曲線光滑，結合彈性分析計算結果，反映結構側向剛度較均勻。
2、轉換構件中震彈性驗算
承載力按不考慮抗震等級調整的設計值復核，各系數取值如下表：
根據計算結果表明，轉換構件按中震彈性計算得出的組合內力稍大于小震組合的內力，但未出現超筋情況，詳下圖：
F2棟轉換層平面圖
F2棟轉換構件中震彈性計算結果
3、轉換構件大震不屈驗算
根據計算結果表明，轉換構件按大震不屈計算未出現超筋情況，配筋均在可實施的范圍，pusheover的結果顯示在罕遇地震下框支框架未見破壞，符合屈服承力設計要求。根據計算結果顯示局部轉換柱配筋率較大，在后續工作中考慮加大轉換柱截面，在轉換層及相鄰下一層增設型鋼。詳下圖：
（2）結構能力譜與罕遇地震需求譜存在交點（性能點），如下圖所示，由圖可知：在罕遇地震作用下， X向最大層間位移角1/209，Y向最大層間位移角1/191，均小于1/120，滿足《建筑抗震設計規范》（GB 50011-2010）中5.5.5條的規定. Y向由于建筑平面原因結構布置很難形成框架，雖布置大量剪力墻，但其剛度仍小于X向。
（3）在推覆的過程中，塑性鉸首先出現在樓、電梯廳周邊剪力墻的連梁上，隨后東西山墻（2-4軸、2-15軸）、2-7軸、2-12軸交2-C的剪力墻開始出現塑性鉸，由于結構平面的特點，隨著水平推力的增大，塑性鉸主要出現在平面的腰部連梁和與框架柱相連的框架梁上。從塑性鉸出現的過程來看，剪力墻部分墻肢進入塑性的區域主要分布在底部加強區和頂部幾層，對于較快出現塑性鉸的剪力墻，特別是一字形剪力墻，以后的設計中，需要采用相應的措施予以加強，如加設端柱、適當加大配筋率等。而框支框架除開裂外，未出現混凝土受壓損傷和塑性鉸。下圖從左至右分別為小震性能點，中震性能點，大震性能點（Y向）構件損傷特點，基底剪力及加載步數詳下表所示：
F2棟小震（左）、中震（中）、大震（右）性能點構件損傷特點
F2棟Pushover X推覆，能力曲線與需求曲線圖
F2棟Pushover Y向推覆，能力曲線與需求曲線圖
四、結構抗震安全性技術措施及對策
1、調整措施
1）通過調整彈性階段設計內力，使結構在多遇地震作用下，結構滿足彈性階段設計要求。
2）F2棟超B級高度不多，且不規則程度較少，根據《高規》3.9.4條仍按B級高度將抗震等級設為一級（框支框架部分為特一級）。F3棟通過提高結構的抗震等級，調整彈性階段設計內力，使結構滿足設防烈度作用下結構的關鍵構件處于中震不屈服工作階段（框支框架提高至中震彈性要求），而結構的耗能構件處于非彈性工作階段（不屈服階段），但其損壞控制仍在可修范圍。根據《高規》3.9.4條，對于設防烈度為7度的丙類部分框支-剪力墻結構，B級高度時，底部加強部位剪力墻的抗震等級為一級，框支框架的抗震等級為特一級。
3）校核JGJ3-2010第8.1.4規定，各層框架柱承擔的結構底部地震總剪力調整按≥0.2V0或1.5Vfmax調整。
4）根據《高規》10.2.4條規定，F1棟、F2棟F3棟所有轉換構件（轉換梁、轉換柱）水平地震作用下的計算內力乘以1.9的放大系數。
2、震構造加強措施
1）轉換層及其以下落地剪力墻約束邊緣構件配筋率1.2%（抗震等級為特一級的提高至1.4%），設置芯柱，芯柱配筋率1% ；
2）底部加強部位剪力墻的豎向及水平分布筋的構造配筋率提高為0.6%（抗震等級為特一級的提高到0.8%），提高底部剪力墻在大震下的抗剪、抗拉能力；
3）將框支柱軸壓比控制在較低水平，保持較好的延性，并設芯柱（配筋率1%）；有條件時可考慮設置型鋼。
4）墻體連梁：跨高比 2設交叉鋼筋， 1設交叉暗撐。
5）部分框支梁考慮增加型鋼，適當提高其抗彎及抗剪承載力。
6）轉換層樓板加強措施：選用現澆混凝土樓面，樓板厚度為200mm，雙層雙向拉通配筋，每層每向配筋率0.3%。轉換層相鄰上下層樓板也相應加強。
7）框架部分嚴格按“強柱弱梁”設計，充分發揮框架的延性。
8）框架柱全高采用井字復合箍，箍筋間距不大于100mm，肢距不大于200mm，直徑不小于10mm。F2棟F3棟因其框架部分承擔的傾覆力矩略大于規范限值10%，因此加強F2及F3框架柱的設計，縱向配筋率提高為1.3%，箍筋直徑最小使用直徑為12的HRB400級鋼筋。
五、結論
綜上所述，本工程屬于超B級高度的超限高層建筑，存在平面、豎向不規則。我們在設計中充分利用概念設計方法，對關鍵構件設定抗震性能化目標。并在抗震設計中，采用多種程序對結構進行了彈性、靜力彈塑性計算分析，除保證結構在小震下完全處于彈性階段外，還根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010），對結構在設防地震和罕遇地震下，進行了詳盡的性能分析，得出相應的性能目標。計算結果表明，各項指標均表現良好，基本滿足規范的有關要求。根據計算分析結果和概念設計方法，對關鍵、重要構件和薄弱部位作了適當加強，以保證在地震作用下的延性。
參考文獻：
【1】：JGJ3-2002 高層建筑混凝土結構技術規程 2002
關鍵詞:短肢剪力墻；結構設計; 抗震性能；判定；配筋方式
1短肢剪力墻結構的布置原則
①短肢剪力墻主要布置在房間間隔墻的交接處，墻肢的數量要根據具體的抗側力要求進行確定，不能過多或過少，以免結構過剛或者過柔。
②短肢剪力墻應該盡量均勻布置，以保證建筑物的剛心和質心相一致，避免在地震中發生扭轉。
③在結構布置上，短肢剪力墻盡量對齊拉直，使其形成成片的聯肢抗側力結構。
④當水平荷載較大時或者建筑物造型不規則時，應該在平面外各角點及邊緣處布置短肢剪力墻來滿足結構平面剛度的要求和加強結構的整體性。
⑤為了避免墻肢凸出各間隔墻表面。墻肢一般不宜過厚。
2短肢剪力墻與普通剪力墻和異型柱的界定
短肢剪力墻是指墻肢的高度與厚度的比值(高厚比)為5～8倍的剪力墻;一般剪力墻是指墻肢高厚比大于8的剪力墻。當墻肢高厚比≤4時則是異型柱。
3短肢剪力墻結構與剪力墻結構的界定
短肢剪力墻結構的判別標準是結構工程師比較關心的問題。目前從一些地方規定和各種資料看,采用的判別方法主要有三種:
3.1按抗傾覆力矩來判別
當結構中的短肢剪力墻第一振型底部地震傾覆力矩占底部地震總傾覆力矩的40%～50%時,則可以認為該結構屬于短肢剪力墻結構。當占底部地震總傾覆力矩小于40%是可認為是一般剪力墻結構。
3.2按所承受荷載面積來判別
當短肢剪力墻所承擔樓面負荷的面積占全部樓面面積的比值,對于多層建筑占60%以上,對于高層建筑占50%以上,則可以確認該結構為短肢剪力墻結構。
3.3按短肢剪力墻截面面積與全部剪力墻截面面積的比值來判別
當短肢剪力墻截面面積占全部剪力墻截面面積的比值大于50%時可確定為短肢剪力墻結構。
4短肢剪力墻的性能特點
目前關于短肢剪力墻研究的文獻很多,總體認為在中、小高層建筑結構中,聯肢墻的單肢高厚比在5～8之間是一個剛度急劇變化的臨界點,當單肢高厚比超過這個限值時,剛度和承載力會緩慢增長；當高厚比小于這個限值時,其承載力會急劇減小。從這一點來看,高規將短肢剪力墻的高厚比定義在5～8之間是合理的。
墻肢的高厚比小于5的小墻肢,難以形成聯肢剪力墻,如果連梁剛度大就形成剪切變形為主的壁式框架,連梁剛度小容易形成抗側剛度差的獨立墻,甚至異形柱框架,抗震性能都不好。另一方面,對雙肢短肢剪力墻在低周期反復水平荷載作用下,其破壞屬彎剪形破壞,具有一定的耗能能力。
另外通過研究也發現作為聯肢的短肢剪力墻,其左右墻肢的應力分布近似滿足平面假定；有翼墻的墻肢受力明顯優于無疑翼墻的墻肢；短肢剪力墻結構承擔的總彎矩中局部彎矩所占的比例可以遠遠大于整體彎矩所占的比例,且隨著肢厚比的增加這種趨勢更加明顯；在均部水平荷載或三角形水平荷載下,短肢剪力墻的側移曲線是彎剪形的。
總之,短肢剪力墻是介于異型柱及一般剪力墻之間的一種構件形式,在墻肢高度與厚度之比較小時(如接近4),其受力性能更接近于異型柱,反之則更接近于普通剪力墻。由于短肢剪力墻的截面特點,在一般情況下其在地震作用下的破壞形態是彎剪破壞。
5規范對短肢剪力墻的要求:
由于短肢剪力墻抗震性能相對普通剪力墻結構較差,所以《高規》對短肢剪力墻的要求比一般剪力墻要嚴格,總結歸納詳見表1。
表1 規范對短肢剪力墻的要求
項目 規定
結構最大適用高度 比剪力墻結構的使用高度適當降低,7度和8度時分別不應大于100m和60m
筒體或一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩 不宜小于結構總底部地震傾覆力矩的50%
抗震等級 應比一般剪力墻結構提高一級
軸壓比 抗震等級1、2、3級分別不大于0.5、0.6、0.7,無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻還應減小0.1
上部樓層剪力Q增大系數 除按照一般剪力墻結構的要求調整底部加強區剪力墻的剪力設計值外,其他各層短肢剪力墻的剪力設計值,一級、二級分別乘以增大系數1.4和1.2
全部縱向鋼筋最小配筋率 底部加強區不宜小于1.2%,其他部位不宜小于1.0%
最小截面厚度 不應小于200mm
7、8度抗震設計時的布置要求 宜設置翼緣。一字墻平面外不宜布置與之單側垂直相交的樓面梁
6短肢剪力墻配筋方式分析
短肢剪力墻高厚比位于柱與一般剪力墻之間,在實際工程中,其配筋方式也由于工程設計者的個人習慣不同而有所差別。一般有兩種配筋方式:第一種按柱配筋方式,縱筋基本均勻布置在剪力墻周邊；第二種按剪力墻配筋方式,在墻端部設置暗柱,縱筋主要配置在暗柱內(見圖1、圖2)。
圖1第一種按柱配筋方式
1- 暗柱；2-剪力墻
圖2第二種按剪力墻配筋方式
以上兩種配筋方式,無論是第一種還是第二種都有一定的不合理性,分析如下:
5.1按柱配筋方式
與柱配筋相同,縱筋基本均勻配置在周邊。而剪力墻的特點是平面內剛度大,承載力大,平面外剛度和承載力均相對較小。短肢剪力墻受力性能與一般剪力墻接近,變形后符合平面假定,受力時平面內兩端受力大,因此,縱筋配置應集中在端部才能發揮鋼筋強度。
按照柱配筋方式墻肢中部配筋因距中和軸較近,不能充分發揮其強度。同時參照異形柱配筋特點,異形柱配筋要求配置在端部邊緣及折角處,腹部考慮受力翹曲影響,僅配置構造鋼筋。由此可見按照柱配筋的方式與短肢剪力墻受力特點不符,配筋不合理。
關鍵詞：小高層住宅；結構設計；優化設計
中圖分類號： S611 文獻標識碼： A
隨著城市化進程的加快，人們對于住宅樓的需求也越來越多。廣闊的市場前景促進了建筑行業的興起與發展，建筑的安全性、經濟性也越來越受到人們的關注。小高層住宅樓的結構的優化不僅能夠提升建筑本身的抗震能力，而且建筑本身的結構優化能為企業減少不小的成本支出。
小高層住宅結構的設計選型
小高層住宅采用的結構模型主要有框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構。但是隨著人們對住宅的空間要求越來越高，原有的框架結構已經不能滿足人們對于空間分隔的要求了，因此，新型的結構模式應運而生。現在小高層建筑普遍采用的結構類型主要有“短肢剪力墻結構”和“異形柱框架結構”。
（一）異形柱結構
異形柱結構主要包括異形柱框架結構和異形柱框架-剪力墻結構。異形柱是多肢的，它的剪切中心主要分布在平面范圍以外，荷載時會產生較大的剪應力和翹曲應力，由于剪應力的存在，經常會造成柱肢出現裂縫。加上異形柱具有變形能力低、延展性較差的劣勢，所以經常會出現建筑材料的破損。設計者在進行設計之前必須要通過可靠的計算和必要的構造措施來保證建筑材料的剛度，從而防止建筑材料的損壞。
（二）短肢剪力墻結構
短肢剪力墻的結構，是指在規定的水平作用下，短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩不小于結構底部總地震傾覆力矩的30%，這就要求短肢剪力墻的截面厚度不能小于300mm，墻肢的截面高度需要是墻肢厚度的4-8倍左右。這種結構布置比較靈活，能夠很好的結合建筑平面，不會和建筑的使用功能產生沖突。再者，這種結構能夠很好的利用中心剪力墻力的作用，達到建筑結構對剛度的要求。
經過兩者的比較，發現“短肢剪力墻”這種模式比較適合現在的結構設計理念，一方面能夠滿足居民對建筑空間的需求，另一方面，也可以保證結構的剛度和承載力達到最佳水平，從而保證住宅的安全性。
結構優化方案的選擇
（一）建筑豎向體型優化
小高層建筑的豎向體型不宜有過大的外挑和內收，豎向體型應該遵行規則、均勻的要求，結構強度的選擇需要上小下大，從下至上，逐漸遞減。不要采用變化較大的結構類型，較大的結構變化會在建筑內部產生薄弱部位，這種片面追求美觀的設計結構，不僅為施工企業帶來了不小的經濟成本，而且在安全度上也大打折扣。
（二）建筑平面的優化
在小高層建筑過程當中結構的平面形狀應該遵循簡單、規則、乘載力分布比較均勻的結構原則。對于建筑平面的設計不宜過長。建筑體型的過長會導致永久縫的缺失，超長的結構建筑會使非荷載應力增大，從而會增加結構設計的配筋的使用。建筑物在設計過程中應該保證長寬比不宜過大，因為建筑物兩個主軸方向上的動力特性相差過大會使其在風力或者水平地震的作用下產生的效應相差較大，進而導致平面的扭轉不規則。
（三）概念設計優化
結構設計人員應該注重概念的設計，在建筑方案設計的過程中，建筑師就應該積極參與進去，提出自己的見解和建議。優秀的建筑作品需要建筑工作的設計人員、高層管理人員以及成本預算人員的參與，在設計美觀的同時，保證建筑的安全性以及經濟性。在結構設計過程中，要盡可能的促使建筑結構的平面設置和豎向設置達到簡單、規則以及均勻的要求.控制建筑物的建筑高度，盡量避免使用轉換結構、錯層結構、連體結構、大底盤多塔結構等復雜的小高層結構模型。只有保持合理的剛度和承載力，才能保證在受到較大外力下建筑物的完好無損。
（四）剪力墻的設計
剪力墻的結構設計是小高層住宅樓結構設計的重要組成部分，剪力墻設計的好壞涉及到整個建筑施工的全程。結構設計在滿足建筑物原有的建筑功能的基礎上，剪力墻最好沿周邊均勻、集中布置，在建筑物負載較大的部位，剪力墻的布置間距應該保持在合理的水平之下。抗震剪力墻結構的設計需要沿主軸方向或者其他方向雙向布置，避免使用單向布墻的布置形式。剪力墻的截肢面應該盡量簡單規則，避免出現獨立的小墻肢。結合平面合理布置剪力墻的位置，控制剪力墻的間距，保證剛度中心和質量中心的重合，減少地震作用下的墻體扭轉，從而保證建筑物的安全性。
（五）材料的選擇
首先在材料選擇上，最好選擇抗壓性較好的混凝土，盡量選用高標號的混凝土。這樣不僅可以有效的減少建筑物的截面，增加了建筑物的使用空間，而且很好的減輕了建筑材料在建筑總體占用上的比重。
實際應用
（一）結構方案選擇
經過經濟指標的核算以及抗震反應程度的分析，小高層結構方案的選擇應該是采用短肢剪力墻的結構體系。在對這個住宅樓的平面設計過程中，需要保持結構的平面形狀和整體剛度相協調。采用雙向設置，從平面上看，盡量保持對直。在豎向配置當中，需要保證建筑物的內收，防止力的分配不均導致薄弱環節的出現。房屋的抗側強度中心盡量符合作用力的分布，防止房屋的扭轉。
（二）抗震能力分析
根據對建筑剪力墻的肢長和厚度的對比，計算出肢長與肢厚的比例，如果肢長與肢厚的比重大于或等于5.0時，在結構的選擇上就應該把短肢剪力墻作為最終的結構選擇。這種剪力墻不僅擁有著良好的平面內剛度，而且在平面外剛度上也有著不錯的效果，這就為抗震方面做了良好的剛度準備。另外，對于樓板的選擇要考慮其彈性變形的情況，保證其有一定的扭轉空間。
剪重比的控制標準也能反映墻體承受地震作用大小的重要指標之一，對于地震力的計算應該適中，計算的程度既不能偏大，也不能太小，原因是短肢剪力墻在抗震能力上有較大的缺陷，如果在抗震時剪力墻承受的壓力太大，很有可能在抗震能力上達不到相關的水平。
軸壓比的比值也能夠在一定程度上反映建筑物的抗震水平，在建筑施工中，要對軸壓比做好相關的控制，切忌軸壓比過大，當軸壓比超過一定標準時，柱的延展性就會變差，在地震作用下，就會缺乏延展的空間，從而導致建筑物的不穩定。
（三）結構經濟分析
工程結構的設計不僅僅需要對建筑物的美觀程度以及抗震能力上作必要的計算和選擇，結構經濟的合理設計也是影響工程最終方案選擇的重要因素，結構經濟的選擇不僅需要對混凝土以及鋼筋的用量做合理的經濟運算，而且需要對其強度做出嚴格的檢驗。經濟成本的投入也許是鋼筋混凝土不能選擇最優質量的影響因素，但那不是唯一的。建筑物不同的結構選擇對建筑物原材料的選擇也是不一樣的，對于不需要高負載的建筑結構來說，高質量的材料選擇不僅會造成資源的浪費，而且會提高建筑物的建筑成本。另外，建筑原材料的重量對建筑物的影響也是要考慮在內的。
結束語：
綜上所述，建筑物結構方案的設計貫穿建筑過程的始終，對于建筑物方案的選擇不僅對建筑物質量的好壞有著重要的影響，而且對于企業減少經濟成本具有重要意義。因此，就需要設計師們根據建筑物的設計要求，做出精準的方案選擇，達到施工最優的效果。
參考文獻：
[1] 王少寒.小高層住宅結構選型與設計[J].林德工程有限公司.2010(03).
關鍵詞:結構設計；選型因素分析
Pick to: from the engineering design of the structure of watch; We can see, the role is more complex, we should focus on the integral structure to some weak links such as stress concentration site, link node, the main antioxidant lateral force component of strengthening processing.
Keywords: structure design; Selection factor analysis
中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號
1樓蓋設計
1.1板的設計
1.1.1板厚取值
現澆樓蓋中,板的混凝土用量約占整個樓蓋的50%～60%,板厚的取值對樓蓋的經濟性和自重的影響較大,在滿足板的剛度和構造要求的前提下,應盡量采用較薄的板,雙向板的最小板厚度為80mm,板的厚度與跨度的最小比值:四邊簡支板為1/40,連續板為1/50。工程最大板跨為5m,其余板跨均小于4m,考慮到工程為住宅樓,板內有埋機電暗管,因此小于4m的板跨板厚也取100mm,5m板跨板厚取140mm。
1.1.2板的配筋
板的配筋主要對板中某些不合理的配筋進行調整,如工程衛生間,陽臺處,標高都為H-0.05m.PKCAD配筋時一般對負筋在板有高差情況下也通長配筋。
1.1.3支座負筋直徑的取值
對于工程的設計,一般板厚都≥100mm根據簡支板現行混凝土結構設計規范給出的最小構造支座負筋為ø8@200,這與舊規范所給的ø6@200合適,因為ø6@200的筋太軟,鋼筋架易被踩蹋,致使負筋的有效高度很低而發揮不了構造負筋的作用1現行所規定使用的ø8鋼筋雖比ø6鋼筋要好些,但如不采取其它措施,也同樣易產生構造負筋變位。
2梁設計
隨著我國城市經濟的迅速發展,大量建筑的興建,建筑人員根據建筑功能和環境條件有目的的選擇主次梁樓（層）蓋的設計方案也隨之增多,同時也出現在主次梁樓蓋設計中應怎樣合理布置柱網的綜合效益最好。究竟應該選擇短跨為主梁還是選擇長跨為主梁,在框架梁的彈性受力分析和承載力計算時,是否應該考慮現澆板的共同工作效應,如何有意識地對端跨進行調整會更有利。
2.1如何合理布局主次
梁與柱網主次梁體系的傳力途徑從廣義講是樓面荷載通過板傳給次梁,再由次梁通過受彎傳給主梁,最后由主梁傳給柱子。在支承和傳遞荷載的過程中,主次梁的變曲變形,I均與它們各自承擔的彎矩Mi及其自身跨度的平方成正比,而與彈性模量E和彎曲平面內截面慣性矩Ii成正比,另一方面,從設計要求來分析,建筑功能要求主次梁所占的結構空間高度越小越好。
因此,工程做主次梁樓蓋的柱網布置時考慮上述影響優先選擇的柱網是矩形以短跨為主梁,長跨為次梁,而且短跨與長跨的比例應小于0.75比較經濟,工程一般比較常取0.65～0.7,這樣設計出來的主次梁截面高度能協調一致,從而保證樓蓋的結構高度最小1另一方面,從工程的使用功能和建筑美學方面考慮,主梁的布置是依據房間布局而定的。
以短跨主梁截面尺寸為300mm×600mm,次梁截面尺寸為200mm×300mm現澆板厚為90mm,在正常使用荷載作用下。
2.2現澆板的考慮
在水平荷載作用下,通過框架梁和現澆板的共同受彎來約束柱頂的轉動,使柱子產生自上而下的反彎曲,從而形成樓架作用由于梁板的共同作用,不僅提高了框架梁的截面剛度,還提高了梁端負彎矩承載能力。因此設計工程時特別注意了下列問題:
（1）框架彈性受力分析時框架梁的合理截面形式在進行整體現澆梁板分析時,本人為計算方便,把框架梁簡化為矩形截面（與無樓板或預制樓板的空框架一樣計算,很顯然這與現澆梁板框架結構的實際性能不符。
若在進行整體現澆梁板的框架分析時,框架梁的線剛度僅取矩形截面IR值,計算得出的自振周期明顯偏大,而實際上框架位移值要比計算值小,則該框架結構實際承受的地震作用及其效應都將比計算值大。
在垂直荷載作用下的梁端負彎矩計算值偏大,而跨中正彎矩值卻偏小等。所以,設計時根據整體現澆梁板共同工作的特性和原理,按規范規定的有效翼緣寬度,將現澆板作為框梁架的翼緣,共同參與彈性受力分析。
（2）梁端負彎矩鋼筋的合理分布范圍對作為框架梁翼緣的現澆板內與架肋平行的鋼筋參與梁端正截面抗彎承載力工作的問題,在《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）和《建筑抗震規范》（GB50011-2001）中都未很明確的規定。
所以,設計時按矩形截面進行極限承載力計算所需的梁端負彎矩鋼筋與無現澆板的空框架梁一樣布置在梁筋頂部的寬度范圍之內,而翼緣板內平行于梁肋的鋼筋則按現澆板的受力或構造要求設計布置,這無形之中增加了梁支座處負彎矩鋼筋的配筋量,導致負屈服彎矩的相應提高,由于作為梁翼緣板內平行梁肋的鋼筋參與梁端抗彎承載力的工作,支座處的負屈服彎矩明顯要比無翼緣矩形梁的負屈服彎矩提高,這時裂縫可能不會出現在框架梁上而先在柱上出現塑性鉸,形成強梁弱柱現象。
為實現“強柱弱梁”的設計目的,保證在罕遇地震時,能很快地在梁端附近出現塑性鉸線,形成具有延性的結構體系。應將按設計荷載,地震作用計算所需的梁端彎矩鋼筋合理地分布在梁肋及其有效的翼緣寬度范圍之內。
至于多少有效翼緣寬度內的鋼筋可以被考慮,共同參加梁支座正截面的抗彎工作也暫時沒有定論。根據經驗取每一梁側的6倍的板厚范圍內的板上,下鋼筋參與共同抗彎。
在工程設計時為保證以上（1）,（2）兩點的共同作用,梁端彎矩在SATWE程序的調整信息下進行調整,梁端彎矩的調幅系數取0.8～1.0。
（3）梁跨中彎矩的取值
在工程的設計過程中未考慮活荷載的不利分布,而僅按滿布計算,考慮該工程層數只有6層,可通過調整跨中彎矩增大系數來加大梁的跨中彎矩,以達到考慮活荷載不利分布影響的目的,彎矩增大系數的取值范圍為1.0～1.3對于考慮活荷載不利分布的各層,此系數不起作用。
（4）梁扭矩折減工程的現澆樓板采用剛性樓板假定。這時宜考慮樓板對梁抗扭的作用而對梁的扭矩進行折減,折減系數一般為0.4～1.0對于該工程折減系數取0.4。若考慮樓板的彈性變形,梁的扭矩不應折減。
（5）梁剛度增大
主要考慮現澆樓板對數值的作用,樓板和梁連成一體按照“T”形截面梁工作,而計算時梁截面取矩形,因此可將現澆樓面中梁的剛度放大,通常現澆樓面的邊框梁取1.5,中間框架梁取2.0。
2．3關于次梁受力
工程所用的設計軟件PK引入了構件的內力大小與其剛度成正比,并由變形協調條件確定。根據空間三維分析,次梁不再像平面框架分析方法中那樣作為荷載加到主梁上,而是與主梁共同作用。
其次從結構中可以看出,局布結構布置較復雜,主次梁有時很難確定,梁的支座和跨長也就很難確定,只能根據剛度條件來計算其實際受力狀況,不過,大多數情況下,對于框架梁,一般以柱間距為一跨這與平面框架分析是一致的,但對于非框架梁,應該一榀框架梁到另一榀框架梁之間為一跨。
2．4主次梁相交導致后果
主次梁相交時,當主梁兩側的次梁跨度相差過大而在主梁中引起的扭矩以及次梁邊跨與主梁相交在主梁中引起的扭矩往往容易被忽視,其后果將導致建筑結構的可靠程度降低,留下事故隱患,甚至誘發安全事故。
因此結構設計中慎重考慮主次梁相交在主梁中引起扭矩的作用。根據扭矩的大小采取構造抗扭措施,或通過計算來進行梁的抗扭設計,而不要隨意把次梁兩端假定為鉸支來考慮忽視扭矩的作用。這樣做提高了建筑結構的可靠度,消除了事故隱患,尤其要盡量避免主次梁相交時次梁靠近主梁支座這種情況,以免在主梁中產生過大的扭矩而使梁的抗扭截面尺寸不夠,產生抗扭超筋現象。
2．5箍筋加密
工程抗震設計,框架梁的梁端1.5h～2.0h（h為梁高）范圍內箍筋需要加密,這是為了使梁端可能產生塑性鉸的區域有較好的延性,這是抗震設計的構造要求，顯然構件除了要滿足抗震構造要求外,還需保證在受力狀態的安全,如梁還應滿足豎向荷載作用（或與水平荷載組合作用）下抗剪承載力的要求,以此確定抗剪箍筋的數量。
但工程所用的PK軟件只輸出框架梁端（節點）處的剪力和箍筋面積,梁其余部分的剪力和箍筋面積的變化情況不得而知,導致用程序計算時在加密區105h～2.0h長度內滿足梁端部受力和構造要求（如箍筋間距為100）,而在非加密區（1.5h～2.0h以外）范圍內的箍筋數量則按加密區數量50%（如間距200）配置,本人認為這是不安全的,框架梁的剪力,在豎向均布荷載作用下,剪力反對稱,若中間的箍筋數量按加密區數量的50%配置,則加密區的長度至少需要L/4（L為梁長）。
因此,做設計時應重視這一現象,最好由端部剪力和梁上荷載計算出中間部分的剪力進行配置箍筋,如果設計時間不允許,為安全起見,結合有經驗工程師的經驗,在梁全長范圍內都按端部最大剪力配置箍筋,最大間距為100mm或150mm,這在水平荷載較大時也不會浪費多少鋼筋。
3柱設計
工程框架柱設計的一個突出問題就是鋼筋混凝土柱的軸壓比問題，在設計中經常出現,框架柱的斷面由軸壓比限值確定，這往往使柱子斷面很大,一方面,這樣大的柱子,很容易使柱的剪跨比大于2而形成短柱；另一方面,由于柱斷面很大,占去了許多建筑空間,工程師們不易接受,同時,由于自重增大,引起地震反應增大,造成惡性循環。
3．1工程軸壓比限值的實質
規范通過限制軸壓比,主要是希望柱發生延性好的大偏心受壓破壞,從而保證框架柱有足夠的變形能力在高軸壓比情況下V-滯回環骨架曲線的下降段比較陡,滯回環的豐滿程度差,在循環次數不多的情況下,框架柱喪失的承載力較大,耗能的能力較差,在低軸壓比情況下V-滯回環骨架曲線下降段比較平緩,框架柱承受變形能力較大,而承載力降低不明顯,對軸壓比加以限制,即要求在滿足一定層間變形時,在反復荷載作用下滯回曲線在第三個循環抗力下降量不超過前一個循環抗力下降量,保證在大變形下,仍有穩定的承載能力,從而保證框架柱“大震不倒”。
3．2影響工程的因素
（1）選用矩形截面柱的原因框架柱的斷面形狀將直接影響著柱截面界限破壞時鋼筋和混凝土內應變,應力的分布和混凝土受壓邊緣的極限應變,從而影響到不同的截面形式的框架柱,反映出的強度變形特性是不一樣的,在相同條件下,圓形柱的軸壓比限值可提高10%左右，但本工程為住宅建筑,考慮房間布局的因素,只選用矩形截面的柱而不考慮選擇圓柱。
（2）剪跨比的確定建立在截面界限破壞基礎上的軸壓比公式中,未考慮剪應力的影響,也沒有體現出剪跨比的影響,事實上,剪跨比能夠大體反映截面上彎曲正應力與剪切應力的比例關系,因而是框架柱破壞形式的主導因素。
通常認為框架柱的剪跨比越大,延性越好。在一般配筋條件下,當入>2時,框架柱在橫向水平剪力作用下,一般都會發生延性好的彎曲破壞；當入≤2時,框架柱就變成了短柱,在橫向水平剪力作用下,一般發生延性差的剪切破壞1這種情況在工程中出現在與樓梯休息平臺相連的框架柱和墻有大開窗處的框架柱。對與短柱工程采取全長加密,取ф8@100。
（3）箍筋約束的影響在利用界限破壞條件推導框架柱的軸壓比限值時,并沒有考慮箍筋約束的有利影響,箍筋能改善混凝土的受力性能,特別是能提高混凝土受壓邊緣的最大壓應變。
