高层住宅结构设计选型与设计管理

文/王钰 杭州市城建开发集团有限公司 浙江杭州 310006

在进行高层住宅结构设计方案选型时，结构设计人员应该在满足建筑使用功能的基础上，去布置结构竖向构件及水平构件，使之形成一个整体的空间结构体系，以抵抗竖向力和水平力。结构设计应根据建筑功能、建筑高度、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件等因素，选择一套安全可靠、经济合理的结构方案。

1、高层住宅结构常见受力体系布置及关键点

目前，高层住宅结构可采用的受力体系有框架结构体系、剪力墙结构体系及框架-剪力墙结构体系。其中框架结构体系适用高度较低，对建筑功能影响较大，在如今住宅项目中已经很少采用，故本文仅针对剪力墙结构体系及框架-剪力墙结构体系进行讨论分析。

1.1 剪力墙结构体系

1.1.1 结构概念

剪力墙结构是指由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。与框架柱相比，剪力墙在平面内的刚度大很多，更易满足高层结构在水平作用下的位移限值要求。

1.1.2 结构布置关键点

住宅结构中的剪力墙一般布置在建筑隔墙内，沿两个主轴方向形成双向布置，并宜使两个方向的抗侧刚度接近；同时还应注意合理布置剪力墙位置，使结构抗侧力的合力中心尽量与水平力合力作用的投影重合或接近，以减少因它们的偏心对建筑物产生的扭矩；除此之外单道剪力墙不宜过长，这是因为过长的墙体会使得此道剪力墙刚度过大，进而吸收过大的地震力；剪力墙的间距一般宜取两个房间开间之和（6～8m），同时剪力墙与剪力墙之间应形成共同抗侧力的受力线，尽量避免因户型布置需要而设置的对抗侧力帮助作用不大的墙体。

1.2 框架-剪力墙结构体系

1.2.1 结构概念

框架-剪力墙结构是指由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。框架剪力墙结构也应设计成双向抗侧力体系，并使两个方向的抗侧刚度接近。

1.2.2 结构布置关键点

框架-剪力墙结构中剪力墙应按照“均匀、分散、对称、周边”的原则进行布置。除此之外，框架-剪力墙结构还应同时满足框架结构及剪力墙结构的相关设计要求。与剪力墙结构相比，框架-剪力墙结构的空间布置更灵活，在当前城市空间愈发紧张的情况下，局部采用框架柱去替换剪力墙能够增加套内净尺寸；但是不可否认的是，框架-剪力墙结构与剪力墙结构相比，抗震等级及构造措施均有所提高，经济性与剪力墙结构相比有一定差距。

总体来说，剪力墙结构体系与框架-剪力墙结构体系各有利弊，项目设计时需要根据项目的具体情况，在满足建筑使用功能的基础上，综合舒适性、经济性等因素，通过多方案比较去选取最适合的布置方式。

2、工程实例选型分析

2.1 工程概况

某工程为内含9 栋17～25 层（建筑高度54～80m）高层住宅的小区，下设一层大底盘地下室（局部两层），顶板覆土厚度为1.5m。抗震设防分类为标准设防、抗震设防烈度为7 度（0.1g）、设计地震分组为第一组、场地类别为Ⅲ类、设计特征周期为0.45s、基本风压为0.45kN/m2、地面粗糙度类别为C 类、基本雪压为0.45kN/m2、结构设计基准期与设计使用年限均为50年。

2.2 结构平面布置方案比较分析

本工程抗震设防烈度为7 度，同时建筑物高度介于54m 至80m 之间，若采用剪力墙结构体系时抗震等级为三级；若采用框架-剪力墙结构体系时高度不超过60m 的单体框架的抗震等级为三级、剪力墙的抗震等级为二级，高度介于60m至80m 之间时框架与剪力墙的抗震等级均为二级。经设计建模测算，框架-剪力墙结构体系比剪力墙结构体系成本增加约20%，故本工程采用剪力墙结构体系。同时因高层住宅的公摊面积较大，为尽量增加套内净尺寸以提升客户体验，在非关键受力线上的竖向构件采用框架柱替换剪力墙以便创造条件调整内隔墙厚度，并且控制框架部分承担的地震倾覆力矩不大于总地震倾覆力矩的10%。最终方案为含少量框架的剪力墙结构体系，此方案在成本增加不多的情况下能更好满足建筑使用功能，一定程度上提升了项目品质。

3、高层住宅结构设计管理工作分析

高层住宅结构设计前必然要做充分的准备工作，针对项目进行充分的调研，能够有效减少返工量。在进行高层住宅设计时，结构专业介入的越早越好，要在建筑方案阶段就让结构专业参与进来，这将有助于尽早排除明显不合理的方案。同时要提前确定工程材料、地震相关参数、风雪载荷等基本的结构设计参数，而不要等到施工图阶段再研究，有助于提高结构设计的效率。从结构设计管理角度，高层住宅结构设计前期应对如下几个方面予以充分考虑。其一，墙体材料、面层做法直接影响荷载的取值，必须事先对工程所在地的墙体材料的应用情况进行调研，并提前确定面层做法；其二，项目所在地的抗震设防烈度、场地类别等地震相关参数，直接影响结构的地震计算；其三，地方规定中有无板厚、配筋等特殊要求，这对项目经济性的影响也很大。

结语：

结构体系的选择对高层住宅结构设计十分关键，不仅影响结构经济性，还影响业主的使用，只有结合当地政策条件、建筑高度、户型布置等条件，并考虑结构布置对经济性的影响量身打造，必要时进行选型对比，才能做好高层住宅结构设计选型和设计管理。