高层住宅结构设计合理性和经济性措施20150416

1、高层住宅结构设计合理性和经济性措施1 结构整体计算1.1 荷载取值1.1.1 各楼层附加恒载计算：（1）楼面恒载1（住宅、酒店） 50厚建筑层： 0.05×20=1.0 kN/ 各专业吊顶： 0.5 kN/ =1.5 kN/（2）楼面恒载2（商场区域） 50厚建筑层： 0.05×20=1.0 kN/ 各专业吊顶： 1.0 kN/ =2.0 kN/（3）楼面恒载3（地下室顶板）： 覆土高度h： h×20 kN/ 各专业吊顶： 0.5 kN/ =20×h+0.5 kN/ （4）楼面恒载3（楼梯位置）50厚建筑层： 0.05×20=1.0 kN/30

2、0x150砼踏步： 0.5×0.15×20=1.5 kN/180厚楼梯板： 0.18×25/cos=5.03 kN/ =7.53 kN/楼梯恒载上机一般输入8 kN/，板厚输入为0。（5）屋面恒载（建筑找坡）250厚建筑层： 0.25×18=4.5 kN/各专业吊顶： 0.5 kN/ =5.0 kN/1.1.2 墙体荷载：（1）外墙，采用烧结多孔砖，容重按14 kN/m³ 计算：200厚砖墙： 0.20×14=2.8 kN/两边各20厚抹灰： 0.04×20=0.8 kN/外墙瓷砖： 0.4 kN/ =4.0 kN/3m层高

3、，梁高400，墙体线荷载：4.0×（3-0.4）=10.4 kN/m（2）内墙，采用加气混凝土砌块，容重按8 kN/m³ 计算：200厚隔墙： 0.2×8=1.6 kN/两边各20厚抹灰： 0.04×20=0.8 kN/ =2.4 kN/3m层高，梁高400，墙体线荷载：2.4×（3-0.4）=6.3 kN/m各隔墙荷载取值如下表1.1所示：表1.1 隔墙荷载取值墙体部位墙体材料容重（kN/m3）恒荷载标准值（kN/）±0.000以上非承重墙200厚外墙烧结多孔砖14.04.0100厚卫生间隔墙烧结多孔砖14.02.2200厚内隔墙加

4、气砼砌块8.02.4100厚内隔墙加气砼砌块8.01.6±0.000以下非承重墙200厚墙体烧结多孔砖14.03.6玻璃幕墙1.5石材幕墙2.0阳台栏杆考虑1米墙高，线荷载取4 kN/m住宅阳台一般考虑封闭，线荷载取4+1.5×（3-1-0.4）=6.5 kN/m1.1.3 隔墙线荷载计算时应扣除梁高，且根据门窗洞口的大小进行折减：门窗洞口较大时折减系数取0.6，较小时取0.8。1.1.4 自动扶梯荷载根据厂家的产品规格确定，一般情况下支承荷载Rt=40 kN（上端），Rb=40 kN（下端），上下端各两个支承荷载。（支承荷载一般转化成线荷载，例如：扶梯宽度1.2m，则等效

5、线荷载为2x40/1.2=67 kN/m）1.1.5 电梯吊钩荷载及底坑支反力根据厂家的产品规格确定，一般情况下电梯吊钩R1=40 kN，底坑反力R2=120 kN。1.1.6 主楼以外地下室顶板覆土厚度不宜超过1.5m；主楼以内首层有覆土时，要求用陶粒混凝土或煤渣等轻质材料回填，容重不宜超过12 kN/m³。1.1.7 设计楼面梁时，消防车活载应作折减，单向楼盖次梁和双向楼盖主、次梁折减系数取0.8，单向楼盖主梁（框架梁）折减系数取0.6；基础设计时可不考虑消防车荷载。1.1.8 消防车活载应根据消防车路线布置，且应综合考虑板跨和不同覆土层厚度确定，如下表1.2和1.3所示：表1.

6、2 消防车轮压作用下单向板的等效均布荷载值（kN/）板跨（m）覆土厚度（m）0.000.500.751.001.251.501.752.002.503235.032.931.930.829.828.726.624.519.616.1330.028.227.326.425.224.022.521.018.015.3425.023.522.822.022.220.319.117.815.513.5表1.3 消防车轮压作用下双向板的等效均布荷载值（kN/）板跨（m）覆土厚度（m）0.000.500.751.001.251.501.752.002.5033.035.033.332.130.829.32

7、7.725.623.520.016.83.532.531.130.329.427.926.324.522.619.316.54.030.028.828.427.926.424.923.321.618.616.24.527.526.826.626.725.224.122.621.018.115.85.025.024.824.724.523.923.321.820.317.515.35.522.522.422.422.322.021.720.519.416.914.8620.020.020.020.020.020.019.218.416.214.2注：上表为30t消防车轮压下板的等效均布荷载，如消

8、防车超过30t，则表中荷载根据消防车实际重量乘以比例系数。1.1.9 设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活载均应按照建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）第5.1.2条取相应的折减系数。1.2 结构体系和结构布置1.2.1 应选用承载力高、抗风及抗震性能好的结构体系和结构布置方案，结构体系应受力明确、传力途径简捷。1.2.2 结构在两个主轴方向的动力性能宜尽量接近：一般可控制结构在两个主轴方向第一平动周期相差不大于20%，当差异较大时，应对主要抗侧力构件的布置进行调整。1.2.3 当多个塔楼住宅组合的平面长度超过55米时，应优先在塔楼之间分缝，尽量形成长度较小、平面规则的结构单元。1.2

9、.4 高层住宅应具有适宜的侧向刚度，房屋高度不小于100米的建筑层间位移角尽量接近规范限值。（注：计算地震作用下的位移时不考虑偶然偏心）1.2.5 剪力墙布置应符合以下规定：（1）合理间距控制在57m，过小影响使用且造成侧向刚度浪费；间距过大受力接近壁式框架，可能使侧向刚度不足，且梁截面过大而影响使用。（2） 剪力墙布置采用长短墙结合的方式，不应大部分采用短肢剪力墙。（注：短肢剪力墙是指截面厚度小于300mm，各肢截面高厚比的最大值大于4但不大于8的剪力墙）（3）剪力墙不宜过长，较长剪力墙宜设置连梁将其分成长度较均匀的若干墙段。（墙肢长度较长可分为两种情况：一是，墙肢本身长度较长，超过8m；二

10、是，相对其他墙肢相对较长，也应注意对其进行适当开洞处理）（4）底部剪力墙往上宜快速收截面至200（180）厚，底部剪力墙轴压比不够时优先增加墙厚或提高混凝土强度等级。（5）筒体内部的剪力墙不宜过多、过厚，否则不但对整体刚度无贡献，还会增加自重。（6）高烈度区剪力墙宜布置在建筑物四周，能有效增加抗侧刚度。1.2.6 为充分利用钢筋的强度，楼板跨度不宜太小，板跨以34.5m为宜；小跨度楼板上砌砖墙时墙底不设次梁，但结构计算时应按等效荷载法考虑隔墙荷载。1.2.7 高层住宅屋面板粱布置应尽量简洁，取消多余的次梁。1.3 结构计算参数1.3.1 计算控制信息考虑粱端、柱端刚域：高层建筑结构由于粱柱截面

11、比较大，考虑刚域能减少计算长度，更准确的进行配筋计算。1.3.2 风荷载信息结构X、Y向基本周期：用计算所得对应方向的周期乘以周期折减系数后回填，风荷载计算中要根据结构基本周期计算风振系数，应填入折减后的结构基本周期，否则风荷载计算值偏大。1.3.3 活荷载信息设计楼面梁、墙、柱及基础时，应按规范对活荷载进行折减。1.3.4 构件设计信息（1）框架梁梁端考虑受压钢筋的影响：按双筋梁截面计算，能减少梁端支座钢筋面积。（2）矩形混凝土梁按考虑楼板翼缘的T形梁配筋（注：一般建议不选用此项，把它作为结构安全储备，特殊情况下可选用）。2 结构材料2.1 钢筋构件受力钢筋均采用三级钢（HRB400），构造

12、钢筋采用三级钢（HRB400）或一级钢（HPB300），避免使用二级钢（HRB335）。2.2混凝土粱、板：C35C25，不宜超过C35，否则容易开裂，除屋面外住宅上部楼层可以采用C25；框架柱：C60C30，当地条件应许下，应尽可能提高柱子的混凝土强度等级，减小柱截面尺寸；剪力墙：C50C30，高强度混凝土不易养护，容易开裂；侧 壁：C30，地下室侧壁一般长度较大对混凝土强度要求不高。3 结构构件设计3.1 楼板3.1.1 楼板厚度h宜按短跨1/35计算，常用跨度对应的板厚如下表3.1所示：表3.1 板厚取值双向板短向跨度L（m）板厚L39001003900L4500110或1204500L

13、48001304800L5200140L5200L/353.1.2 楼板受力钢筋的间距（mm）建议取100、120、150、180、200，局部附加钢筋后间距不宜小于75mm；楼板底筋最小直径为6，面筋通长时最小直径为8，分离式配筋时支座筋可用6。3.1.3 电梯厅、加强部位及薄弱连接部位一般取120mm，设置8150的双层双向拉通钢筋；屋面板一般取120mm，设置8150的双层双向拉通钢筋，支座不够时附加短钢筋；电梯机房板一般取150mm，设置10200的双层双向拉通钢筋。3.1.4 地震设防区跨度1.2m的楼层悬臂结构，如无特殊要求宜采用梁板式结构；当跨度1.2m可采用悬臂板式结构，但其根

14、部厚度不应小于L/10且不小于100mm，悬臂板面钢筋不宜小于10mm，并应进行挠度和裂缝控制，板面裂缝控制不应大于0.2mm。3.1.5 标准层楼板宜按弹性板计算，板与边梁按简支边计算，支座连续时按嵌固端计算；对于按简支计算的板边支座，按受力钢筋的最小配筋率控制即可；连续单向板无防水要求时，可采用塑性内力重分布方法进行计算。 3.1.6 大跨度异形板应按实际形状通过计算确定配筋，转角位置设置放射筋710，或者设置暗梁，暗梁宽度一般取400mm，底、面钢筋均为412，箍筋为6150（4），暗梁一般作为抗裂措施而不作为板筋的支座。3.1.7 当转角窗在剪力墙间无直线拉结连梁时，转角窗楼板不应小于

15、120mm，且应在两边墙间设置暗梁。3.1.8 墙下无梁做法：在墙下500范围内沿墙方向板底钢筋加密至100；若板底筋间距已为100的，则钢筋直径加大一级，附加板筋的锚固及连接需按受拉钢筋执行。3.1.9 梯板支座弯矩取M1=qL²/12，跨中弯矩取M2=qL²/10，梯板面需设通长钢筋，支座钢筋采用通长筋+附加筋的配筋方式。3.1.10 楼板受力钢筋的最小配筋率如下表3.2所示：表3.2 楼板受力钢筋的最小配筋率（%）钢筋牌号fy（N/mm²）混凝土强度等级C25C30C35C40HPB3002700.2120.2390.2620.285HRB3353000.2

16、00.2150.2360.257HRB4003600.1590.1790.1960.214注：板类受弯构件（不包括悬臂板）的受拉钢筋，当采用三级钢（HRB400）时，其最小配筋率采用0.15和45ft/fy中的较大值；如100厚的板，钢筋采用三级钢，砼等级为C30时，按最小配筋率底筋可配6150。3.2 梁设计3.2.1 梁截面设计要求：（1）按高跨比1/101/18确定框架梁的截面高度，高跨比上限（1/101/12）可用于荷载较大的情况（如设备层、避难层）。荷载较小时（如：一般办公楼荷载）可按高跨比下限范围（1/151/18）确定截面高度。柱网尺寸较大时（如超过8m），可根据实际柱网尺寸按高

17、跨比上限（1/101/12）确定截面高度。（2）在确定梁截面尺寸时，当为了降低建筑楼层层高而取梁高的低值或者采用宽扁梁形式时，除需注意挠度裂缝的控制外，还应全面衡量由此而产生的技术经济指标的合理性（结构经济性较差，应与甲方提前沟通，避免秋后算账）。（3）支承次梁的框架梁与次梁的梁高高差不宜小于50mm，如支承梁的下部配置双排钢筋，则其与相交梁梁高之差宜100mm。（4）当楼层采用典型的肋形楼盖布置时，为了方便设备管道的架设及争取最大的楼层净高，纵向框架梁截面高度宜与平行方向的次梁同高。（5）跨度较悬殊的连续梁，梁高可分别按其跨度大小取不同数值，而其截面宽度一般宜取一致，以方便梁面筋的贯通。（6

18、）单跨或者多跨带外悬臂的梁，其第一内跨梁之高度不宜小于悬臂梁根部高度，否则宜设置梁腋加以过度。3.2.2 抗震等级为一、二级的框架梁应有1/4的负筋拉通（且不应小于底面纵筋的1/4），直径不应小于14mm，；拉通面筋的数量应与箍筋肢数对应，不足时应配置架立筋补足；对于三级及以下的框架梁，可用架立筋与梁负筋搭接。3.2.3 除设计特别注明外，楼层梁架立筋宜按下表3.4配置，架立筋根数应与箍筋肢数匹配。一般情况下，次梁在跨中可按下表设置架立筋而不需设置通长面筋，对于承受荷载较大同时跨度也较大时的框架梁和次梁（如地下室顶板），可采用部分支座纵筋作为通长面筋。表3.4 梁架立筋选取表梁类型梁跨度L4m

19、4mL6mL6m次梁101214框架梁121416图3.1 梁顶纵筋示意图1图3.2 梁顶纵筋示意图23.2.4 框架梁纵向钢筋可采用不同直径的钢筋搭配设计，但同一截面上受力纵向钢筋的直径等级差别不得超过二级，梁纵筋直径不宜大于20；框架梁箍筋加密区间距根据情况可选用150mm（如抗震等级为三、四级，梁高600时）。3.2.5 高层住宅应注意立面线条的统一，当层高为3m时，边梁梁高统一550或600（根据墙身大样定），室内梁高无特殊情况不宜超过550。3.2.6 高层住宅塔楼标准层较多时，应按楼层分段配筋（楼板配筋不需分段）。3.2.7 当框架梁内力由水平作用控制，支座底筋较大而跨中底筋较小时

20、，可采用另加支座底筋的形式配置钢筋。3.2.8 框架梁支座钢筋不宜超配，当实配钢筋与计算钢筋相差5% 以内时，可将支座面筋调幅到梁底筋（注：支座面筋过多，易造成施工困难，影响节点浇筑质量，且容易形成强梁弱柱，不利于抗震）。3.2.9 计算需要抗扭的框架梁，宜设置拉通钢筋及抗扭腰筋。除满足抗扭计算要求之外，梁的腰筋按下表3.3构造配置：表3.3 腰筋构造配置表梁宽梁腹板高200250300350400500600410410410412412414650410410412412412414700410410412412414414750410412412412414614800610610610

21、612612614850610610610612612614900610610612612612614注：1、梁腹板高度hw450时不需要配置构造腰筋，hw=h0-h，h0为有效高度，h为板厚； 2、表中为设置在梁两侧的总腰筋配筋值，且对称配置；3、此表用于一般情况，地下室及超长塔楼需另外计算。3.2.10 梁纵向钢筋的经济配筋率在0.6%1.2%之间，不宜大于2.5%，不应大于2.75%，框架梁最小配筋率为0.3%，次梁最小配筋率按规范要求。3.2.11 支承于框架柱上的悬臂梁可按非框架梁的配筋构造处理，一般情况下，悬臂梁底筋可根据跨度及梁宽按下表3.5选用。表3.5 悬臂梁底筋选取表跨度梁

22、宽L3m3mL4m4mL5m200214216不宜采用2503003123144123505004124144163.2.12 连续梁配筋时，支座两侧的钢筋直径尽可能相同，以便钢筋穿支座，避免两侧不同的钢筋都在支座锚固，造成节点钢筋过密，影响混凝土浇筑。3.2.13 梁一端与竖向构件相连，一端与框架梁相连时，可按其受力特性，根据实际情况确定是否按框架梁进行抗震设计。如下图，次梁L1与墙相连端应按抗震设计，次梁L2与墙相连端可按非抗震设计。3.3 墙柱设计3.3.1 柱截面尺寸规定：（1）矩形截面柱，抗震设计时，四级不宜小于300mm、二、三级不宜小于400mm；圆柱直径四级抗震时不宜小于350

23、mm，一、二、三级时不宜小于450mm；楼梯柱截面面积不应小于200x300；（2）柱剪跨比宜大于2；（3）柱截面高宽比不宜大于3。3.3.2 柱截面尺寸沿建筑物高度分级缩小，为避免柱子竖向刚度产生突变，每侧每级收级不宜超过100mm。3.3.3 抗震设计时柱纵向钢筋配筋率不应大于5%，当柱配筋由内力控制且单侧配筋较多时，其角筋可采用并筋的配置形式。3.3.4 当地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。一般情况下，可采用地下一层增加纵筋的办法，增加的纵筋应在地下室顶层梁板内弯折锚固，不能直伸上地下一层

24、或采取放大地上一层纵筋作为地下一层纵筋的做法。3.3.5 角柱和转换柱在特殊构件补充定义中需特别指定。3.3.6 约束边缘构件箍筋根据体积配箍率经计算确定，箍筋间距可取100mm、120mm、150mm、180mm、200mm，箍筋应采用三级钢（HRB400），有利于降低箍筋配筋值。3.3.7 当仅少量剪力墙不连续，需转换的剪力墙面积不大于剪力墙总面积的8%时，不将整个结构体系按框支剪力墙考虑，可仅加大框支梁两侧相邻板厚、加强此部分板的配筋，提高转换构件抗震等级。3.3.8 剪力墙截面厚度不大于400mm可采用双排配筋；大于400mm、但不大于700mm时，宜采用三排配筋；大于700mm时宜采

25、用四排配筋。剪力墙按构造要求配置的水平、竖向分布钢筋可按下表3.6设置：表3.6 剪力墙分布钢筋构造要求墙厚排数分布钢筋配筋率0.20%0.25%0.30%0.50%20028250820081501015025028200815010200121753002102501020010150121503502102001017510175141754002101801015012175141503.3.9 错层结构错层处平面外受力的剪力墙，在非抗震设计时，剪力墙截面厚度不应小于200m，剪力墙水平和竖向分布钢筋的配筋率不应小于0.3%；在抗震设计时，截面厚度不应小于250mm，并应设置与之垂直的

26、墙肢或扶壁柱，剪力墙水平和竖向分布钢筋的配筋率不应小于0.5%。4 基础及地下室设计4.1 基础选型及设计4.1.1 高层住宅常用的基础型式：（1）筏板基础底板底为强风化岩或者中风化岩时宜采用筏板基础，设计前可要求做载荷板试验，以试验结果为设计依据。（2）人工挖孔灌注桩（墩）基础基础持力层一般为中风化岩，常采用单桩或双桩，部分落在桩外的墙肢下需设转换梁。优点是质量可靠，施工工期也比较短，桩长较短时（不超过15m），采用此基础形式比较节省，但遇有承压水、流动性淤泥层、流砂层时，易引发安全事故，不得选用此工艺。（3）冲孔灌注桩基础用于对单桩承载力要求较高，又无法进行人工挖桩的地质情况，如地下水较大

27、、需穿越较厚的软弱土层、溶洞、较硬夹层等复杂地质情况。缺点是不能扩底，桩身直径较大，造价高，施工周期较长。（4）预应力管桩基础预应力管桩具有工程造价较便宜、质量较可靠、长度易调整、施工速度快、监理方便、检测时间短、现场简洁等优点。在1030层建筑的基础工程中，原来采用人工挖孔桩和冲钻孔灌注桩的，有不少已被预应力管桩所替代。持力层可选用坚硬的粘土层、密实的砂层或强风化岩层，不能打入中风化岩层。不宜应用预应力管桩的地质条件：1）孤石和障碍物多的地层；2）有坚硬夹层时不宜应用；3）石灰岩地区不宜应用；4）从松软突变到特别坚硬的地层不宜应用。（5）长螺旋灌注桩等。当桩长较长，管桩不能打入，或者有强透水

28、层，不适合用人工挖孔桩可采用长螺旋钻孔灌注桩。适用于有地下水的各类土层情况，可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩，桩径一般为500800mm，但有缩颈以及保护层厚度不能保证的通病，不建议用于抗拔桩。4.1.2 基础设计的几个要点：（1）建筑物基础选型应选择经济合理适用的基础型式，优先级依次为天然地基上的浅基础、天然地基上的深基础、人工地基上的浅基础、人工地基上的深基础。（2）采用人工挖孔灌注桩时，要充分利用桩身强度，使桩身强度与扩底端承载力相匹配，岩石承载力高或扩底较大时，桩身混凝土强度相应提高，但不应高于C40。（3）采用预应力管桩时，要求建设方提前做一定数量的试桩，设计宜以试验值为准，一

29、般地勘报告给的参数偏低，计算承载力远小于实际试验值。4.1.3 高层住宅基础埋置深度（室外地坪至基础底或承台底）为：天然地基H/15，桩基H/18，且不小于3m。4.1.4 高层住宅采用天然基础时，通过浅层平板载荷试验确定的地基承载力特征值可按实际情况进行深度修正，通过深层平板载荷试验确定的地基承载力特征值不应进行深度修正。4.1.5 多桩承台下的桩应尽量对称布置，当根数少于3根时，应在垂直于单排桩方向设置连系梁加以连接，一般应使梁面与承台面标高一致。4.1.6 剪力墙两端的桩承载力余量要考虑剪力墙两端的应力集中的影响而相对增多，而剪力墙中和轴附近的桩可按受力均衡布置。4.1.7 大直径灌注桩

30、的钢筋一般情况下应参照下表4.1设置，对受荷特别大的桩、抗拔桩及穿越液化土层的桩应根据计算及实际情况确定配筋。表4.1 大直径灌注桩桩身配筋表桩直径d通长纵筋配筋率%加劲箍螺旋箍Ln筋加密区段80012140.3712200082002000100014160.3612200082002000120018160.3212200082002000140022160.2914200082003000160026160.26142000102003000180030160.24162000102003000200030180.24162000102003000220034180.2316200012

31、2003500240036180.20182000122003500260040180.19182000122003500280040200.201820001220035004.2 地下室抗浮设计4.2.1 抗浮设防水位应取建筑物设计使用年限内可能产生的最高水位，当地勘报告未明确提出设防水位时，可取室外地坪标高-0.5m；正常使用极限状态（裂缝）验算时，可取常年水位或室外地坪标高下23m，或可按最大水压乘以0.7的折减系数。4.2.2 整体抗浮计算时，正向荷载只取结构自重（不计活载、建筑面层、隔墙荷载等），抗浮安全系数可取1.05。4.2.3 结构自重大于地下水的浮托力时，不必考虑地下水对地

32、下室的整体浮托作用，但应在设计中提出施工过程必须采取隔水或降水措施将地下水位降至底板以下。4.2.4 局部抗浮计算，如构件配筋量过大或截面尺寸过大而造成造价太高时，则可考虑设置纯抗拔桩或抗浮锚杆，改变构件的受力状态以取得最佳的经济效益（抗拔桩一般不超过10m，否则不经济）。4.3 地下室外墙设计4.3.1 地下室外墙计算应符合以下规定：（1）地下室外墙的主要荷载：结构自重、地面活载、侧向土压力、地下水压力等，地下水以下一般采用水土分算；（2）计算地下室外墙时，室外活载可取10 kN/（包括消防车地面）；（3）地下室外墙一般以层高为计算跨度的单向板计算，当外墙与塔楼剪力墙连在一起或有较强的侧向支撑，且外墙水平方向肋墙间距小于层高的2倍时，可按双向板计算；（4）地下室外墙可按压弯构件