【摘要】阐述了高层钢筋混凝土住宅设计中的地基与基础结构设计、钢筋混凝土剪力墙结构设计、以及高层钢筋混凝土住宅的抗震设计，并分别对具体设计中容易发生的问题进行了分析，同时提出了一些相应的解决措施。
【关键词】高层；钢筋混凝土住宅设计；结构设计；分析
随着我国市场经济的不断发展，工程建筑业也突飞猛进，建筑住宅也在原本安全的基础上提出了适用性强的新要求。鉴于这样的趋势，高层钢筋混凝土住宅便应运而生，它不但满足了土地得以有效利用的基本要求，而且其结构更加具有安全性和适用性。目前，很多早期的多层砌体住宅已经逐步被这种结构所取代，因此有必要对时下流行且适应未来建筑发展潮流的高层钢筋混凝土住宅的结构设计进行分析。
一、地基与基础设计
基础方案的建立是在高层住宅所在地的地质资料和其结构形式决定的。工程设计师会根据建筑周围的地质密度以及建筑的角度等情况确定地基深度。天然地基已经不适合作为持力层，设计方一般会采用人工处理地基做为持力层，人工挖孔桩为住宅基础。在施工过程中，施工方应根据持力层出现的不同情况而进行相应的处理。比如出现流砂层时，应适当减少每节的护臂高度，一般采用30厘米混凝土与速凝剂相结合的方式处理。若该层出现大量水，则应及时采用钢护筒措施，并利用附近无流砂的桩孔降低水位，一般在施工前都会将桩孔进行挖深作为备用。
若基础型式采用钢筋混凝土筏板基础，则应考虑负载确定筏板厚度，同时应将筏板外挑以方便后续的工程施工。同时，基础与挤密桩顶之间应填充均匀适度的灰土垫层，以确保基础的受力均匀。
二、钢筋混凝土剪力墙结构设计
1、剪力墙墙元划分
剪力墙结构有刚度大、变形小、整体性好等诸多优点，但是实际施工和计算中却不尽然。由于在整体计算中必须要对墙体以单元形式划分，所以划分的单元难免出现异性、尖角等不规则形状，根据工程实践，这种划分对墙肢和连梁的计算误差很大，对于出现不规则形状的部位甚至会出现计算失真的情况。
因此，在墙元划分时应坚持理论与实际相结合，尽量做到单元形状规则，保证其节点的整齐。鉴于此，笔者针对在建模过程中常出现的问题给予了一些建议。
一般情况下，在墙体开洞处(窗洞口或结构洞等)周边墙肢、连梁的网格容易出现较大计算误差，因此划分网格时应将程序默认的网格边长进行适当调整(如减小到0.8m左右)，然后再根据连梁、墙肢的大小和形状进行划分，这样可提高单元网格规则度。（在结构计算中，连梁配筋超筋时可减小墙元细分最大控制长度。当工程体量过大时可放大墙元细分最大控制长度。）
当然，若出现特殊情况，比如洞边墙垛较小时，这种情况对计算结果有较大影响，甚至出现计算失真的情况，因此应结合理论采取有效实用的处理方法，比如：
（1）当墙垛净宽度在300毫米左右时，建模时应将墙垛宽度取为300毫米；
（2）若墙垛远小于或者远大于300毫米时，则应取消墙垛进行计算。工程实践演算已经证明，上述这种处理方法，不但简单而且十分有效，其计算结果是精确度高且相对合理；
（3）洞口连梁的地位不容忽视，它在建模时的生成方式对整体结构的刚度、周期、位移以及连梁内力均有较大影响。对于剪力墙连梁生成的方式一般表现为两种：①相对简单的形成方式：即直接在剪力墙上布置洞口，使上下洞口之间形成连梁；②相对复杂的形成方式：即在剪力墙端部加设节点之后，在两节点之间按普通梁输入形成连梁。
当然，这种连梁的生成方式取决于连梁自身的变形条件。若连梁中的剪切位移(变形)不能被忽略，则应以开设洞口方式形成连梁；而当其剪切位移在连梁相对位移中所占的比重较小时，则可忽略不计，即用普通梁方式输入。
根据连梁剪切变形的特点进行分析发现，它的剪切变形在所有变形中所占比重直接受到连梁的跨高比影响，因此，在实际的设计中应将连梁的跨高比与墙单元进行分析，即当跨高比＜2．5时，连梁应按墙单元输入，选择墙体开设洞口方式形成连梁；当跨高比在2.5和5之间时，连梁应按墙单元输入，选择墙体开设洞口方式形成连梁，但网格应进行适当地细分；当跨高比≥5时，连梁应按普通梁单元输入（即在剪力墙端部加设节点之后，在两节点之间按普通梁输入形成连梁）。
2、地下室外墙设计
高层钢筋混凝土住宅设计中的剪力墙结构设计从地下室的外墙设计开始，因此应先对其进行适当的计算。目前在《建筑地基基础设计规范》中暂时无法有针对性的算法，计算模型输入方式也较多，所以结构设计师无法参考统一的标准，但是无外乎是控制好安全性、适应性和经济性三者之间的平衡，并且以安全为主，经济和适用为辅。
根据高层钢筋混凝土住宅成功案例的不完全统计，目前一般以内墙间距为参考，即当内墙间距小于3倍层高时，其对应的外墙可简化为三角形或梯形荷载下四边支承或三边支承(注意：这应建立在窗井等上端无支承的情况下)的板来计算。同时应注意，钢筋混凝土水池计算中的水池无水状态计算与地下室外墙计算条件相近，且可参考《钢筋混凝土水池设计规范》，所以以此为标准可达到事半功倍的效果，便于统计外墙的荷载和对模型的选取。
3、上部结构设计
高层住宅随着高度增加，其水平荷载也逐渐增长，这种水平荷载会引起住宅变形。所以，高层住宅的上部结构必须有足够的抗侧能力，来抵抗和控制这种变形。同时考虑到住宅适用性的要求，即其结构要隐梁隐柱。如此，鉴于钢筋混凝土剪力墙结构的结构水平位移小，以及在施工技术上完全做到隐梁隐柱等优点，大多高层住宅的上部结构设计中，关于上部结构的设计都是采用剪力墙结构。
据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)A级高度全部落地剪力墙结构在8度设防时的规定，其最大高度为100米。因此，采用钢筋混凝土剪力墙结构的高层住宅最高不应超过100米。而在其以下，均可以使用剪力墙结构。
同时，住宅建筑在满足外墙开窗等功能要求时存在部分短肢剪力墙，即剪力墙截面厚度比在4-8之间，若这种短肢剪力墙在建筑中出现较多，则为了考虑到结构抗震性，应将住宅高度适当降低，并应控制短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不大于结构底部总地震倾覆力矩的50%。
当然，剪力墙并非也有无法规避的缺点，比如采用剪力墙结构设计的住宅，在实现建筑完整性的同时还要考虑其适应性，主要是必须满足一定的净空要求，因此在这种要求之下，就要求尽可能低的使用结构梁，如此很多相邻板跨之间便缺少梁的分隔，而形成面积较大的阴角异形板，这往往是应力的集中点，容易差生板面开裂，因此对这种无法避免的情况应通过专业的软件计算，取得科学而真实的结果后，在异形板处附加放射状钢筋等相应措施以减小板面开裂。
三、抗震设计
高层住宅结构设计中必须有专门的抗震结构设计，即通过相关的内力调整和构造措施确保建筑结构在地震力的影响下保持足够的延性。为了达到这个目的，在具体的抗震设计中，应对各抗侧力构件实施必要的抗震结构设计，在减少板厚减低结构荷载的基础上，满足建筑的整体抗震性。
在具体的设计中应注意一些细节：（1）对所有短肢剪力墙部分采取控制轴压比、增加配筋率以提高短肢剪力墙的抗震能力。（2）在剪力墙端部以及纵横墙交接处，全部设置暗柱或端柱等约束边缘构件。（3）禁止楼面梁垂直支承于剪力墙上，若无法避免则应在墙和梁相交处设置暗柱。（4）控制各层连梁纵向伸入剪力墙墙体长度，连梁与剪力墙交接位置均设置暗柱与连梁连接，暗柱配置相应构造箍筋与连梁钢筋搭接。（5）剪力墙长度超过8米时，应采用开设结构洞的方法将其分成联肢墙。（6）根据计算，适当降低连梁的截面高度，对计算剪力过大的连梁，应沿连梁对角线方向配置X交叉钢筋。与此同时，提高相邻楼层同一部位的连梁弯矩设计值。
四、总结
高层住宅属于安居工程，钢筋混凝土的结构设计满足了人们对住宅安全性、适用性的需要。随着市场经济的发展和人们生活水平的提高，住宅结构设计还会面临新的挑战，所以，结构设计师应与时俱进，为建设安全型、适用型、经济型住宅的目标不断努力。
参考文献：
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