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摘要:本文结合工程实例，着重探讨了某高层建筑住宅的结构设计要点，并对该建筑地基基础设计及其上部结构设计方面进行了相关的论述。
关键词:高层建筑；结构设计；高层住宅
Abstract: combining with engineering examples, the paper probes into the construction of a high-rise residential structure design, and the key point of the design of building foundation and the upper structure design aspects related elaboration.
Keywords: high building; Structure design; High-rise residential
中圖分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
1 概述
某大厦位于某内地中级城市，属于沿街高层建筑，总建筑面积约1.5万平方米，大楼主楼由一栋28层高层住宅和2层商业用房组成，主体高度85米，地上27层，地下1层，长约50米，宽约24米，层高3米塔楼采用钢筋混凝土剪力墙结构，商业裙房采用框架结构。为减少差异沉降，主楼和裙房设沉降缝。该工程主楼地下室l层，层高4.5米，平时作自行车库，战时局部为甲类6级人员掩蔽所。该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，基本风压0.45kN／m2。该建筑平面布置合理，竖向功能分层明确，配套设施齐全。
地基土类别属中软场地土，建筑场地类别Ⅲ类，场地地质均匀稳定，并且无液化土层，属于稳定场地，适宜进行工程建设。
2 基础设计
2.1 高层建筑基础设计要点
在高层建筑基础设计中，常用的基础类型有桩承台基础、桩筏基础、浅基础等。在基础工程设计中根据各地区不同的地质状况、上部结构类型、施工周期、使用要求、工程投资等综合因素选择合理的基础形式。对于基础的设计，尚需考虑以下两要点以满足高层建筑的整体稳定性要求。
①使基础有足够的埋置深度。有些裙楼和高层主楼从地面到地下的变形缝彻底分开，导致主楼基础理深不够。地震时会使建筑物发生滑移、整体倾斜甚至倾覆。
②对于高宽比很大的高层建筑，建议采用桩基础，桩基础钢筋在承台内的锚固长度要足够大。因为桩是埋在土中的细长构件，由于桩土摩擦力的存在，桩的抗拔性能较好，从而能很好地抵抗局部结构的倾覆。避免采用天然地基或复合地基上的浅基础。
2.2 本工程基础设计方案根据本工程地质资料以及建筑物结构形式，工程主楼采用钻孔灌注桩基础，桩端持力层为⑧层粘土层；裙房采用天然基础，持力层为②粉质粘土，土质均匀，属于中压缩性土，厚度1.832米，地基承载力标准值为120Kpa，下有第③粘性土层，地基承载力标准值为110Kpa。由于基坑开挖深度较大，基坑开挖应进行基坑支护，基坑周围土体和地下管线进行综合、系统的检测，制定合理周密的监测方案，确保基坑的安全施工和工程建设的顺利进行。桩基施工后要求采用大小应变测试法就成桩质量进行验桩。工程施工建设过程中，定期进行沉降监测，确保沉降稳定。
3 上部结构设计
3.1 高层建筑上部结构设计要点
3.1.1 注意结构的延性，防止截面钢筋超配。要使高层建筑在遭遇强烈地震时具有很强的抗倒塌能力，最理想的办法是使结构中所有的构件都具有较高的延性，然而在实际工程中很难完全做到这点。比较经济的办法是选择重要部位，提高结构中重要构件的延性。要使结构能进入弹塑性状态，并能通过结构的塑性变形吸收地震能量、抗御更高烈度的地震，就必须做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”，才能使结构在进入弹塑性状态后形成合理的延性较大的屈服机制。结合工程特点，本工程剪力墙沿主轴方向双向布置，尽量布置长肢剪力墙，个别由于体型原因设短肢剪力墙。
3.1.2 注意高层建筑的整体稳定性对高层建筑来说，在抗震设计中，房屋的高宽比是个需慎重考虑的问题。整个建筑进行抗倾覆稳定性验算，使地震作用下的倾覆力矩与相应的重力荷载在基础与地基交界面的合力作用点，不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的1／4。②加大建筑物下部几层的宽度，使其满足规范高宽比的限值，从而保证上部结构的稳定。本工程高宽比为1.7，满足规范要求。
3.1.3 关于剪力墙设计关于高层建筑剪力墙设计，主要考虑一下几个要点：①钢筋棍凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关。为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏，对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口设置弱连梁，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小2。所谓弱连梁，是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该段总地震弯矩的20％；连梁不能太强，以免水平地震作用下某个墙肢出现全截而受拉。②规范规定，剪力墙在端部应设暗柱、端柱等边缘构件。这些边缘构件的作用相当于砖棍结构的约束柱，当结构的刚度较小，地震作用下层间位移和顶点位移较大时，边缘构件所起的作也也就越大，此时暗柱的截面和配筋就应加大。
3.2 本工程上部结构设计方案
3.2.1 结构型式高层建筑随着建筑物高度的增加，水平荷载迅速增加。为抵抗水平荷载及控制水平荷载引起的变形，要求建筑物具有足够的抗侧能力。根据《高层建筑棍凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)A级高度全部落地剪力墙结构在6度设防时最大高度为140m.采用较多短肢剪力墙时，该高度应适当降低。工程塔楼建筑总高度90m，采用剪力墙结构体系，符合规范要求。从以上方面考虑，塔楼采用剪力墙结构体系，剪力墙全部落地至基础。由于建筑上设计为弹性可变住宅及外墙开窗的要求：剪力墙布置受到约束，部分剪力墙截而高厚比在5—8之间，即成为短肢剪力墙。对短肢剪力墙，可采用提高抗震等级，控制轴压比，增加配筋率来提高抗震性能。为避免竖向刚度突变，地震时因塑性变形集中效应产生过大的层间位移而导致结构破坏，低层裙房与高楼之间设置防震缝，±0.000以上完全脱开。裙楼采用框架结构。
3.2.2 抗震概念设计与结构布置结构构件布置及构件尺寸对地震作用影响很大，因此，布设时首先要考虑抗震概念设计的要求。本工程主要要从以下几个方面考虑：
3.2.2.1 由于建筑物自重的增加会引起地震作用的增大，从这方面考虑应尽量减少结构的自重。减轻自重主要从以下几方面考虑：
①填充墙采用轻质墙体；②竖向构件采用较高标号棍凝土提高强度，以减少墙体厚度，从而减轻自重；③竖向构件变截面设计以减少自重。
3.2.2.2竖向刚度均匀变化。
3.2.2.3 结构的基本自振周期尽量避开场地的卓越周期。
通过以上各方面的考虑，再进行程序计算，选取合理的结构布置和构件尺寸。工程塔楼主要结构尺寸：墙厚250、200mm，沿竖向变化，楼板采用现浇钢筋棍凝土梁板结构，一般主梁高500。竖向构件棍凝土标号取值：自下而上由C40、C35、C30，按楼层均匀变化并错开墙体变厚度处楼层2层，水平杆件梁板构件均采用C30。
3.2.3 结构计算结构计算采用中国建筑科学研究院编制的软件SATWE，精度较高。根据《建筑抗震设计规范》(GB5001l一2010)，工程抗震设防烈度为6度，基木地震加速度为0.05g，该地区设计地震分组为第一组，Ⅲ类场地特征周期为0.45g，根据地质报告提供的数据，场地内地基土卓越周期x方向为0.285s，Y方向为0.263s，按最新《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)工程应进行地震作用计算，抗震等级一般剪力墙为三级，短肢剪力墙为二级。依据工程经验。在上部结构计算时按结构在±0.000处嵌固考虑。地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，楼板厚度取200mm，局部人防位板厚取250mm，楼板混凝土强度等级为C30。楼板配筋均采用双层双向配置。
工程上部主体除了采用多高层建筑结构空间有限元分析设计软件SATWE进行设计外，还采用PMSAP进行复核，考虑扭转藕联振动影响的振动分解反应谱法进行地震作用和结构抗震验算的同时，采用一组现场人工波和计算软件本身提供的两组实测波进行弹性时程分析，计算结果如下：结构自震周期T1=2.19S，T2=2.09S.T3=1.86S。T3／T1=0.85<0.9
(1)地震力作用下的楼层最大位移：
X方向最大值层闻位移角： 1／1953 Y方向最大值层间位移角： 1／1907<1／1000
(2)偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移：X一5％方向最大值层间位移角： 1／1854<1／1000
x+5％方向最大值层间位移角： 1／1786<1／1000
Y－5％方向最大值层间位移角： 1／1609<1／1000
Y+5％方向最大值层闻位移角： 1／1942<1／1000
(3)地震力作用下最大层间位移与平均层间位移的比值：
x方向比值： 1.18<1.2
Y方向比值： 1.16<1.2
(4)偶然偏心地震力作用下最大层间位移与平均层间位移的比值：
X－5％方向最大层问位移与平均层问位移的比值：1.19<1.2
x+5％方向最大层问位移与平均层间位移的比值：1.10<1.2
Y－5％方向最大层问位移与平均层间位移的比值：1.11<1.2
Y+5％方向最大层问位移与平均层问位移的比值：1.21≈1.2
(5)有效质量系数：
x方向有效质量系数：94.60％
Y方向的有效质量系数： 94.40％
计算结果表明，结构刚度中心与几何形心偏心较小，偏心弯矩对基础影响很小，剪力墙的刚度满足规范要求，结构竖向刚度沿高度分布较均匀，计算结果合理，符合现行规范要求。
4. 结束语
某大厦结构设计合理地布置了主要抗侧力构件，有利于减少结构扭转效应和高阶振型的影响，结构布置的较均匀，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以较短且直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，使其质量与刚度之间的偏心达到最小。为使其主楼与裙房沉降协调，采用了不同的基础形式和处理方法。本工程结构设计成果对同类工程设计具有一定的参考价值。
关键词:高层建筑；结构设计；高层住宅
Abstract: combining with engineering examples, the paper probes into the construction of a high-rise residential structure design, and the key point of the design of building foundation and the upper structure design aspects related elaboration.
Keywords: high building; Structure design; High-rise residential
中圖分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
1 概述
某大厦位于某内地中级城市，属于沿街高层建筑，总建筑面积约1.5万平方米，大楼主楼由一栋28层高层住宅和2层商业用房组成，主体高度85米，地上27层，地下1层，长约50米，宽约24米，层高3米塔楼采用钢筋混凝土剪力墙结构，商业裙房采用框架结构。为减少差异沉降，主楼和裙房设沉降缝。该工程主楼地下室l层，层高4.5米，平时作自行车库，战时局部为甲类6级人员掩蔽所。该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，基本风压0.45kN／m2。该建筑平面布置合理，竖向功能分层明确，配套设施齐全。
地基土类别属中软场地土，建筑场地类别Ⅲ类，场地地质均匀稳定，并且无液化土层，属于稳定场地，适宜进行工程建设。
2 基础设计
2.1 高层建筑基础设计要点
在高层建筑基础设计中，常用的基础类型有桩承台基础、桩筏基础、浅基础等。在基础工程设计中根据各地区不同的地质状况、上部结构类型、施工周期、使用要求、工程投资等综合因素选择合理的基础形式。对于基础的设计，尚需考虑以下两要点以满足高层建筑的整体稳定性要求。
①使基础有足够的埋置深度。有些裙楼和高层主楼从地面到地下的变形缝彻底分开，导致主楼基础理深不够。地震时会使建筑物发生滑移、整体倾斜甚至倾覆。
②对于高宽比很大的高层建筑，建议采用桩基础，桩基础钢筋在承台内的锚固长度要足够大。因为桩是埋在土中的细长构件，由于桩土摩擦力的存在，桩的抗拔性能较好，从而能很好地抵抗局部结构的倾覆。避免采用天然地基或复合地基上的浅基础。
2.2 本工程基础设计方案根据本工程地质资料以及建筑物结构形式，工程主楼采用钻孔灌注桩基础，桩端持力层为⑧层粘土层；裙房采用天然基础，持力层为②粉质粘土，土质均匀，属于中压缩性土，厚度1.832米，地基承载力标准值为120Kpa，下有第③粘性土层，地基承载力标准值为110Kpa。由于基坑开挖深度较大，基坑开挖应进行基坑支护，基坑周围土体和地下管线进行综合、系统的检测，制定合理周密的监测方案，确保基坑的安全施工和工程建设的顺利进行。桩基施工后要求采用大小应变测试法就成桩质量进行验桩。工程施工建设过程中，定期进行沉降监测，确保沉降稳定。
3 上部结构设计
3.1 高层建筑上部结构设计要点
3.1.1 注意结构的延性，防止截面钢筋超配。要使高层建筑在遭遇强烈地震时具有很强的抗倒塌能力，最理想的办法是使结构中所有的构件都具有较高的延性，然而在实际工程中很难完全做到这点。比较经济的办法是选择重要部位，提高结构中重要构件的延性。要使结构能进入弹塑性状态，并能通过结构的塑性变形吸收地震能量、抗御更高烈度的地震，就必须做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”，才能使结构在进入弹塑性状态后形成合理的延性较大的屈服机制。结合工程特点，本工程剪力墙沿主轴方向双向布置，尽量布置长肢剪力墙，个别由于体型原因设短肢剪力墙。
3.1.2 注意高层建筑的整体稳定性对高层建筑来说，在抗震设计中，房屋的高宽比是个需慎重考虑的问题。整个建筑进行抗倾覆稳定性验算，使地震作用下的倾覆力矩与相应的重力荷载在基础与地基交界面的合力作用点，不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的1／4。②加大建筑物下部几层的宽度，使其满足规范高宽比的限值，从而保证上部结构的稳定。本工程高宽比为1.7，满足规范要求。
3.1.3 关于剪力墙设计关于高层建筑剪力墙设计，主要考虑一下几个要点：①钢筋棍凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关。为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏，对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口设置弱连梁，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小2。所谓弱连梁，是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该段总地震弯矩的20％；连梁不能太强，以免水平地震作用下某个墙肢出现全截而受拉。②规范规定，剪力墙在端部应设暗柱、端柱等边缘构件。这些边缘构件的作用相当于砖棍结构的约束柱，当结构的刚度较小，地震作用下层间位移和顶点位移较大时，边缘构件所起的作也也就越大，此时暗柱的截面和配筋就应加大。
3.2 本工程上部结构设计方案
3.2.1 结构型式高层建筑随着建筑物高度的增加，水平荷载迅速增加。为抵抗水平荷载及控制水平荷载引起的变形，要求建筑物具有足够的抗侧能力。根据《高层建筑棍凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)A级高度全部落地剪力墙结构在6度设防时最大高度为140m.采用较多短肢剪力墙时，该高度应适当降低。工程塔楼建筑总高度90m，采用剪力墙结构体系，符合规范要求。从以上方面考虑，塔楼采用剪力墙结构体系，剪力墙全部落地至基础。由于建筑上设计为弹性可变住宅及外墙开窗的要求：剪力墙布置受到约束，部分剪力墙截而高厚比在5—8之间，即成为短肢剪力墙。对短肢剪力墙，可采用提高抗震等级，控制轴压比，增加配筋率来提高抗震性能。为避免竖向刚度突变，地震时因塑性变形集中效应产生过大的层间位移而导致结构破坏，低层裙房与高楼之间设置防震缝，±0.000以上完全脱开。裙楼采用框架结构。
3.2.2 抗震概念设计与结构布置结构构件布置及构件尺寸对地震作用影响很大，因此，布设时首先要考虑抗震概念设计的要求。本工程主要要从以下几个方面考虑：
3.2.2.1 由于建筑物自重的增加会引起地震作用的增大，从这方面考虑应尽量减少结构的自重。减轻自重主要从以下几方面考虑：
①填充墙采用轻质墙体；②竖向构件采用较高标号棍凝土提高强度，以减少墙体厚度，从而减轻自重；③竖向构件变截面设计以减少自重。
3.2.2.2竖向刚度均匀变化。
3.2.2.3 结构的基本自振周期尽量避开场地的卓越周期。
通过以上各方面的考虑，再进行程序计算，选取合理的结构布置和构件尺寸。工程塔楼主要结构尺寸：墙厚250、200mm，沿竖向变化，楼板采用现浇钢筋棍凝土梁板结构，一般主梁高500。竖向构件棍凝土标号取值：自下而上由C40、C35、C30，按楼层均匀变化并错开墙体变厚度处楼层2层，水平杆件梁板构件均采用C30。
3.2.3 结构计算结构计算采用中国建筑科学研究院编制的软件SATWE，精度较高。根据《建筑抗震设计规范》(GB5001l一2010)，工程抗震设防烈度为6度，基木地震加速度为0.05g，该地区设计地震分组为第一组，Ⅲ类场地特征周期为0.45g，根据地质报告提供的数据，场地内地基土卓越周期x方向为0.285s，Y方向为0.263s，按最新《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)工程应进行地震作用计算，抗震等级一般剪力墙为三级，短肢剪力墙为二级。依据工程经验。在上部结构计算时按结构在±0.000处嵌固考虑。地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，楼板厚度取200mm，局部人防位板厚取250mm，楼板混凝土强度等级为C30。楼板配筋均采用双层双向配置。
工程上部主体除了采用多高层建筑结构空间有限元分析设计软件SATWE进行设计外，还采用PMSAP进行复核，考虑扭转藕联振动影响的振动分解反应谱法进行地震作用和结构抗震验算的同时，采用一组现场人工波和计算软件本身提供的两组实测波进行弹性时程分析，计算结果如下：结构自震周期T1=2.19S，T2=2.09S.T3=1.86S。T3／T1=0.85<0.9
(1)地震力作用下的楼层最大位移：
X方向最大值层闻位移角： 1／1953
(2)偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移：X一5％方向最大值层间位移角： 1／1854<1／1000
x+5％方向最大值层间位移角： 1／1786<1／1000
Y－5％方向最大值层间位移角： 1／1609<1／1000
Y+5％方向最大值层闻位移角： 1／1942<1／1000
(3)地震力作用下最大层间位移与平均层间位移的比值：
x方向比值： 1.18<1.2
Y方向比值： 1.16<1.2
(4)偶然偏心地震力作用下最大层间位移与平均层间位移的比值：
X－5％方向最大层问位移与平均层问位移的比值：1.19<1.2
x+5％方向最大层问位移与平均层间位移的比值：1.10<1.2
Y－5％方向最大层问位移与平均层间位移的比值：1.11<1.2
Y+5％方向最大层问位移与平均层问位移的比值：1.21≈1.2
(5)有效质量系数：
x方向有效质量系数：94.60％
Y方向的有效质量系数： 94.40％
计算结果表明，结构刚度中心与几何形心偏心较小，偏心弯矩对基础影响很小，剪力墙的刚度满足规范要求，结构竖向刚度沿高度分布较均匀，计算结果合理，符合现行规范要求。
4. 结束语
某大厦结构设计合理地布置了主要抗侧力构件，有利于减少结构扭转效应和高阶振型的影响，结构布置的较均匀，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以较短且直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，使其质量与刚度之间的偏心达到最小。为使其主楼与裙房沉降协调，采用了不同的基础形式和处理方法。本工程结构设计成果对同类工程设计具有一定的参考价值。