超高层住宅设计大全11篇

超高层住宅设计篇（1）

Abstract: this paper in suzhou China super-tall residential project as an example, through to the design problem of super-tall residential fire research and discussed in super-tall residential project after a reference to the design of.

Keywords: super-tall residential; Fire fighting design; BiNanCeng design

中图分类号：TU998.1文献标识码：A 文章编号：

随着建筑技术的发展和建设规模的不断扩大，城市用地日益紧张，超高层住宅近年来在我国逐渐出现，但总量还不多，在建筑安全措施方面尚缺乏实践经验。消防系统的设计，与人民的生命和财产安全直接相关，若考虑不周，必会产生严重的后果，因此消防设计在高层建筑设计中显得尤为重要，下面以一工程实例通过建筑、设备等方面进行综合研究。

一、项目概况：

该超高层住宅项目位于苏州中海国际社区233-2地块，主体为剪力墙结构，会所、配套公建、商业和地库均为框架结构。地库地下二层主要为机动车停车库，地库柱网为8100X8100。高层住宅主体的剪力墙全部落至地下，主体下为非机动车库。会所主体下为游泳池及其配套设施。整个地块的地下部份的结构底板、楼板均连为一体。地下机动车库部分战时为甲类常6级核6级的人防工程。地库地下一层层高为4.0m，顶板覆土1.2米。地下二层为无梁楼盖，层高3.75m。地上部份1层为超高层住宅的入口大堂、架空层和物业管理用房。一层层高6.0m，物业管理用房部分位于一层和一层夹层。2-45层为住宅部分。层高为3.45米。其中23层为避难层，兼设消防转输水箱水泵房，设置中间生活水箱和水泵房，供下部给水也兼顾上部的供水水池。并设置避难层专用的排烟机房和配电用房。空中水泵房顶板设隔声夹层。标准层住宅每层两户,四房两厅三卫。

建筑立面风格为新古典建筑风格,通过对欧式建筑元素加以总结，显得楼体更加挺拔醒目，旨在打造成为园区的标志性建筑。

建筑高度从室外地坪到45层屋顶面总高度为158.35米。45层以上屋顶层为电梯机房,楼梯间和水箱间。

二、消防设计要点：

针对高层建筑火灾具有火势蔓延快、疏散困难、扑救难度大、火灾隐患多等特点，根据国家“预防为主，防消结合”的方针，从项目全局出发，结合本项目的自身特点研究选用可靠的消防措施，保证安全。通过对《高层建筑防火规范》和对以往超高层项目的研究，从建筑设计、防排烟设计及消防给水设计等不同方面进行综合分析，总结了超高层消防设计以下要点：

（一）建筑总体布局及单体设计：

根据《高层民用建筑设计防火规范》的相关规定，应特别注意的有如下几条：

1．高层建筑的周围，应设环形消防车道。当设环形车道有困难时，可沿高层建筑两个长边设置消防车道。当建筑物沿街长度超过150m或总长度超过220m时，应在适中位置设置穿过建筑的消防车道。本项目沿两个长边设消防车道及消防登高场地。

2．高层建筑的底边至少有一个长边或周边长度的1/4且不小于一个长边长度，不应布置高度大于5.00m，进深大于4.00m的裙房，且此范围内必须设有直通室外的楼梯或直通楼梯间的出口。

按苏州园区内消防登高面的控制要求，必须将消防登高面设置在有公共楼梯建或电梯厅的一侧。消防登高场地不小于15mX8m，宜正对各住宅单元的公共楼梯间或电梯厅，距住宅消防登高 面距离不宜小于5m，距消防登高面最远点不大于10m。

3．商业部分、配套公建部分及住宅部分应采用防火隔墙进行分隔，使其各成独立区域，高层地下汽车库应有直通室外的安全出口。并应对商业部分的防火分区进行严格控制，以防止火灾的蔓延。

4．配套公建部分及住宅部分的疏散体系应互不干扰。住宅部分消防电梯应能直达地面并靠近安全出口，以方便消防员进人住宅扑救。住宅楼各单元的楼梯间应直出屋顶并在屋顶处相通。

5．对于超过100m的超高层住宅塔楼中宜设置两座独立的防烟楼梯间，一部消防电梯，应尽量避免户门开向前室内。如确有困难设置剪刀防烟楼梯间时，不可和消防电梯设置“三合一”前室。可每一单元设一部消防电梯，两部剪刀楼梯。其中一个为消防电梯和一部剪刀楼梯间合用前室，另一部剪刀楼梯可分别直接进入住户的入户花园或服务阳台，入户花园或服务阳台可作为避难空间，住户均可由此逃生至楼梯间。本项目两部剪刀防烟楼梯间。

6．所有防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或合用前室均须设加压送风（利用开敞阳台做前室的除外，做前室的开敞阳台面积不得小于2平米），做加压送风前室及楼梯间外墙上的窗为固定窗或遇火自动关闭的防火窗。

楼内公共部位及住宅内部均采取火灾安全保护措施：住宅户内除5平方米以下厕所外一律设消防自动报警系统，厨房用感温探测器，其它部位采用感烟探测器。厨房还应设可燃气体浓度探测器，并设联动紧急切断阀。走道，楼梯间，电梯厅及前室等公共部位设置自动喷水灭火系统，火灾自动报警系统，自动喷水系统可接入室内消火栓系统。除设室内消火栓外，还应设置消防卷盘。楼梯间及防烟前室设置应急照明。疏散走道和安全出口设疏散指示标志。

7．超高层住宅由于高处的湿度、风力影响对门窗玻璃的抗风压等级，气密性，水密性等要求严格。对外保温及外饰面的构造措施的安全度有严格要求。本项目一层外饰面采用干挂石材，二层以上采用防石涂料，外保温材料与墙体有效连接保证安全。屋面预留擦窗机预埋件和荷载。

8.采用封闭阳台的安全处理，减少因超高造成的心理不适。

（二）建筑防排烟及通风、空气调节：

高层建筑发生火灾时，产生大量的烟气和热量，此时防烟楼梯间成为高层建筑内部人员逃生的唯一垂直通道，如不及时排除烟气，就不能保证人员的安全疏散和扑救工作的进行，对于超高层住宅更是这样，因此，排出火灾时产生的烟气和热量也是建筑消防防、排烟设计的主要目的，火灾时可靠的防、排烟措施是保证人员安全疏散及消防成功扑救的重要部分。

超高层住宅所有疏散通道区域：防烟楼梯间及其前室、消防电梯前室或合用前室均设加压送风。疏散通道的加压送风是疏散通道在火灾时能保持无烟状态，从而保证了人员疏散安全。加压送风系统根据避难层的设置来分段设置，分上下两个部分，分别在一层及屋顶设独立的加压送风设备。

（三）消防给水和灭火设备：

因超高层建筑高度大，超过普通消防车的扑救范围，所以超高层建筑的火灾扑救应立足于自救，且以室内消防给水系统为主，应保证室内消防给水管网有满足消防需要的流量和水压，并应始终处于临战状态，因此周密地考虑消防给水设计，保证高层建筑灭火的需要十分重要。以下为超高层住宅消防给水设计的几个要点：

1、消火栓需要分区设计，需保证消火栓系统的分区静水压力不大于1.0MPa

2、一般除小于5 m2卫生间和不设集中空调且户门为甲级防火的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外均需设喷淋。

3、在消防分区的中间区域设置消防转输水箱，在屋顶设计消防水箱。

4、给水除底层一般采用市政给水外，其它一般均采用分区设置中间（屋顶）水箱，一般中间水箱即供下部给水也兼顾上部的供水水池。特殊要求也可采用变频给水。为保证给水不超压可采用减压阀分区。

三、超高层避难层设计

本项目两栋超高层住宅主体外形比较规整。设两部剪刀防烟楼梯间。一部公共服务客梯电梯；另有两部客梯，均为电梯入户设计，兼做消防电梯，和一部防烟楼梯间合用前室。超高层电梯载重量900kg，速度3-4m/s。

暗前室和楼梯间均做机械排烟系统。按《高层建筑防火规范》，对超高层住宅是否需要设置避难层无明确要求，按以往超高层住宅项目的设计经验，可不设避难层，可用每层的服务阳台可作为避难空间，住户均可由此逃生至楼梯间。

消防要求设中间传输水箱的设备层，24层结合设消防传输水箱水泵房和生活水箱水泵房的设备层，设置避难层。避难层可避难人数按5人/平米计算。通向避难层的剪刀防烟楼梯在避难层分隔，人员必须经过避难层方能上下。消防电梯在避难层均有出口。除了防烟楼梯间分隔移位设计外，设置避难层增加的设备费用统计如下：

1、电气：

避难层增加应急照明，应急广播。

应急照明增加一配电箱，单独一路广播（考虑超高层住宅，高档公寓，大楼做背景音乐）

应急照明灯具为12个（90min带蓄电池),广播8个

电气造价对于这个可以忽略。

2、暖通：

如果是封闭的避难层，则需对避难层进行机械加压送风系统。

设备数量：一台加压送风风机，风机风量10000m3/h。

3、给排水：

增加避难层后需要增加44个自动喷淋喷头以及相应管道。

由上可知因增加避难层而增加的设备造价对于整个工程来说比例很小，但增加避难层对建筑的安全性来说是更好的。在目前高层火灾较多的情况下，除了国家已从严要求所有民用建筑外保温均需采用燃烧性能等级A级的材料外，作为150m的超高层住宅，增加避难层可以作为本工程的亮点，提高住宅自身的安全性，有利于提升本工程的住宅品质，也有利于销售。

超高层住宅设计篇（2）

水 消 防

概述

中德.英伦联邦住宅小区座落于成都市红星路南沿线。

工程规模：总建筑面积：584560.862 m2

居住总户数：3630户

居住总人口（3.5人/户）：12705人

本项目包括：一栋独立33层高层住宅（18#楼）、两栋三联体33层高层住宅（19#、22#楼）、四栋二联体33层高层住宅（13#、14#、15#、20#楼）、两栋独立46层超高层住宅（23#、24#楼）、两栋46层超高层住宅（16#、17#楼）及联体一栋三层商业中心、一栋两层农贸市场、一栋三层独立幼儿园、两层地下车库。

设计范围

建筑红线内室外消火栓系统。

建筑内消火栓系统，自动喷水系统，泡漠-喷淋灭火系统，建筑灭火器系统。

三、消火栓及自动喷水系统

3.1 水源。

1）.本工程水源为城市自来水。

2）. 供水压力0.25MPa。

3）. 本工程拟从小区东侧红星路南沿线市政给水管道上接两根DN350mm的引入管。建筑红线内，分别设DN350住宅水表一块，DN100商业水表一块， DN100绿化水表一块。

3.2 消防用水量（小区消防统一考虑）

本工程16#、17#建筑消防用水量按一类高层综合楼设计，13#、14#、15#建筑消防用水量按一类高层商住楼设计，其余按普通住宅考虑，同一时间内的火灾次数按一次计，自动喷水灭火系统地下室按中危险Ⅱ级设计，其余自动喷水灭火系统按中危险Ⅰ级，自动喷水用水量取30 L/S，消火栓系统及自动喷水灭火系统用水量如下：

3.3 消防水池、消防转输水箱、天面消防水箱

本工程采用临时高压给水系统，室内消火栓系统及自动喷水灭火系统均由消防水泵供水，消防水池设在23#楼地下一层，消防水池贮存一次火灾室内外消防用水量。消防水池有效容积为864m3（含室外消防用水量）。其中，超高层住宅24#楼屋顶设置消防水箱，消防水箱有效容积为18 m3。另， 24#楼第14层（避难层）设置消防转输水箱，有效容积为31.2m3（10min消防水量）。

3.4 室外消火栓给水系统

室外消火栓系统用水量为30L/S, 作用时间3h。本工程拟从小区东侧红星路南沿线市政给水管道上接两根DN350mm的引入管作为消防水源，在该小区道路内形成环状给水管道，管径DN350。沿小区室外消防车道设置地上式室外消火栓（SS150/80），供应室外消防给水。消火栓间距不超过120米，距离路边不大于2米。发生火灾时，由城市消防车从现场室外消火栓或消防水池吸水口取水经加压进行灭火或经消防水泵接合器供室内消防灭火用水。

3.5 室内消火栓系统

3.5.113~15#商住楼设计流量: 40L/S, 火灾延续时间2小时, 16~17#综合楼设计流量: 40L/S, 火灾延续时间3小时,其余普通住宅设计流量: 20L/S, 火灾延续时间2小时，水枪口径Φ19,射流量≥5L/S, 13~15#商住楼以及16~17#综合楼室内消火栓立管管径DN150, 过水能力15L/s, 其余普通住宅室内消火栓立管管径DN125，过水能力10L/s。室内消火栓间距≤30M, 建筑物内任何一点均有2股消防水柱同时到达。各消火栓箱内配置DN65，SN型消火栓两只，Φ65合织衬胶水带一条，长25m，Φ19mm直流喷枪一支，消防软管卷盘一套。屋顶试验用消火栓前设压力表，室内消火栓给水管道由阀门分成若干独立段，保证检修管道时关闭停用的竖管不超过一条，阀门标注明显的启闭标志。

3.5.2室内消火栓系统分区

本工程超高层建筑（16#、17#、23#、24#楼）室内消火栓系统垂直分三个区：低区：地下一层至十五层。中区：十六层至三十一层。高区：三十二层至四十六层。

本工程其余普通住宅及商住楼室内消火栓系统垂直分两个区：低区：地下二层至十六层。中区：十七层至三十三层。

地下一层设消防泵房和消防水池，水泵房耐火等级为一级。室内消火栓主泵二台（－用－备），单台泵性能: Q=40L/sH=190mN=132Kw。

消防十分钟前由设于24#楼塔楼屋顶的18 m 3消防水箱向消防管网供水,十分钟后由地下室消防泵供给。由于天面水池静压不能满足规范要求，24#楼屋顶设置消防增压装置，消火栓系统设二台稳压泵（－用－备）和一个Φ800隔膜式气压罐作为消防系统的增压装置，稳压泵单台泵性能: Q=5L/s, H=20m, N=3.0kW，气压罐有效容积300L。

为保证消火栓栓口出水压力不超过0.5MPa，各区下部室内消火栓均采用SNJ65型室内减压稳压消火栓，具体详消火栓系统原理图。

室内消火栓水泵接合器高、中、低区分别设置，其中高区室内消火栓水泵接合器接至24#楼消防转输水箱，经高区室内消火栓转输水泵加压至16#、17#、23#、24#楼高区管网，具体详消火栓系统原理图。

3.5.3室内消火栓系统水泵控制

室内消火栓系统主泵由设于室内消火栓箱门上部的破碎玻璃按钮远程启动水泵。室内消火栓系统稳压泵由气压罐连接室内消火栓管道上的压力控制器控制，当压力下降0.05Mpa时启动稳压泵，当主泵启动时停止稳压泵。消防控制中心及水泵房内均可手动控制水泵的运行，室内消火栓系统各台主泵、稳压泵的启、停、故障均有信号在消防中心显示。

3.6 湿式自动喷水灭火系统

本工程湿式自动喷水灭火系统地下室按中危险Ⅱ级设计，自动喷水用水量27.7L/s；住宅塔楼前室按中危险Ⅰ级设计，自动喷水用水量12.0L/s；其余按中危险Ⅰ级设计，自动喷水用水量20.8L/s。本工程火灾延续时间1小时，住宅塔楼前室自动喷水用水量取12L/s，其余自动喷水用水量取30L/s，最不利点处工作压力不小于0.05MPa，自动喷水用水储存于地下消防水池。

3.6.1设置部位

设置闭式喷头的部位：地下室、商住楼裙房商业部分及13~15#商住楼塔楼前室，23~24#超高层住宅塔楼前室，16~17#超高层综合楼塔楼前室。

3.6.2自动喷水灭火系统分区

本工程自动喷水灭火系统垂直分两个区，低区：地下二层至十四层。高区：十五层以上。

低区湿式报警阀组设置于地下室各防火分区风机房内。13~15#商住楼高区湿式报警阀组设置于各塔楼天面。13~15#商住楼以及16~17#超高层综合楼高区湿式报警阀组设置于各塔楼避难层及天面。每套湿式报警阀组控制喷头不超过800个。

高、低区下部配水管入口压力大于0.4Mpa者均于安全信号闸阀前设减压孔板。

高、低区湿式报警阀前均设环状供水管道, 报警阀进出口设信号闸阀，每层及每个消防分区均设水流指示器及信号闸阀，水流指示器及信号闸阀信号在消防中心显示。每个防火分区均设有水流指示器及带开关显示的阀门(开关信号反馈至消防中心)，并在管网末端设一条排水及试验用的排水管及控制阀门与压力表，湿式报警阀前按分区分别设消防水泵接合器。系统平时由屋顶消防水箱设专用水管至报警阀前供水管，保证系统压力。发生火灾时由给水加压泵从水池取水加压供水。

地下室水泵房内设置两台低区自动喷水灭火系统主泵（－用－备），单台泵性能: Q=30L/sH=100mN=45Kw；两台高区自动喷水灭火系统主泵（－用－备），单台泵性能: Q=12L/sH=195mN=55Kw。

消防十分钟前由设于24#塔楼屋顶的18 m 3消防水池向自动喷水灭火系统管网供水,十分钟后由消防泵供给。由于天面水池静压不能满足规范要求，23#楼屋顶设置消防增压装置，自动喷水系统设二台稳压泵（－用－备）和一个Φ800隔膜式气压罐作为消防系统的增压装置，稳压泵单台泵性能: Q=1L/s, H=20m, N=1.1kW，气压罐有效容积150L。

自动喷水水泵接合器高、低区分别设置，其中高区水泵接合器接至23#楼消防转输水箱，经高区室内自动喷水转输水泵加压至各栋楼高区管网，具体详自动喷水系统原理图。

3.6.3自动喷水灭火系统水泵控制

自动喷水灭火系统主泵设于地下一层消防泵房，主泵由设于湿式报警阀的压力开关启动。消防控制中心及水泵房内均可手动控制水泵的运行，自动喷水灭火系统各台水泵的启、停、故障均有信号在消防中心显示。

四、灭火器配置

本建筑物的火灾危险等级为严重危险级，火灾种类：高、低压电房，变压器房，发电机房为E类，地下室为B类，地上部分为A类。单具灭火器最小配置灭火级别：A类为3A，B、E类为89B。手提式灭火器最大保护距离：A类为15米，B、E类为9米；推车式灭火器最大保护距离：B类为18米。按《建筑灭火器配置设计规范》配置手提式磷酸铵盐干粉灭火器。灭火器具体配置：每个配置点配备3具手提式磷酸铵盐干粉灭火器（MF/ABC5），地下室配置推车式磷酸铵盐干粉灭火器，每个配置点配备1具推车式磷酸铵盐干粉灭火器（MFT20）。

五、泡沫喷淋灭火系统

5.1本工程地下车库部分考虑采用泡沫喷淋灭火系统。地下车库各防火分区均单独设置泡沫喷淋灭火系统。

a、泡沫罐及湿式报警阀组设置于各自所属分区的水设备房内，每个分区各设置一个泡沫罐。

b、根据低倍数泡沫灭火系统设计规范（GB50151）。泡沫混合液供给强度和连续供给时间的规定，泡沫喷淋不小于10min，可得：泡沫混合液最小用量V=12800 L（泡沫混合液用量不小于此数值），考虑可能的两次着火或多处火灾和练习用泡沫，泡沫混合液用量富裕，泡沫混合液用量增加一倍为25.6 m 3 。

c、泡沫灭火剂须采用6%水成膜泡沫灭火剂，系统采用先喷泡沫10min后喷水1h，泡沫灭火剂用量V0=泡沫混合液用量V×混合比b%=25.6m×6%=1.536M3 ，取1.6M3 。泡沫灭火用水量V1=泡沫混合液用量V×（1-混合比b%）=25.6×（1-6%）=24.064m3，取25M3 。泡沫混合液流量Q=供给强度×作用面积=8L/min .m ×160 m =1280L/min。

d、比例混合器及相关管线与水系统管线串联连接，比例混合器须水平放置，口径为DN150。、

六、气体灭火系统

本工程发电机房, 高低配电间，变压器间均设七氟丙烷(HFC-227ea)洁净气体灭火系统,采用全淹没灭火系统; 灭火设计浓度采用9%,七氟丙烷的喷放时间不大于9s。应具有自动、手动、机械应急操作三种启动方式，设置独立气体消防贮瓶间。

七、管材

超高层住宅设计篇（3）

1工程概况

本项目位于南京市鼓楼区，地块总建筑面积约16万m2。地上由5栋超高层住宅、1栋办公楼和4栋6层商业楼组成，项目效果图如图1所示。本文主要论述2#超高层住宅楼（以下称“本工程”）的抗震设计可行性分析过程。本工程建筑面积约3.6万m2，地上49层，地下2层。结构整体高度147.3m，标准层高3m，17层和33层分别设置两个避难层，层高3.15m，采用剪力墙结构体系，本工程的结构模型如图2所示。本工程的主要设计参数见表1。

2基础设计

根据勘察报告揭露的地层情况，同时针对本工程层数高、竖向荷载大的特点，经过试算后采用钻孔嵌岩灌注桩，桩径800mm，以5-2L层中等风化砾岩为桩端持力层，入岩深度为2.0m，单桩竖向抗压承载力特征值为6400kN。本工程采用厚筏基础，筏板厚度2.2m，埋深约11.20m，11.20/147.60=1/13.2>1/18，满足规范要求。

3结构体系

本工程为超高层住宅，结构高度147.3m，结合建筑特点和同类项目设计经验[1-3]，选用剪力墙结构体系。结构布置如图2所示。3.1竖向构件经过反复试算，墙体布置和厚度分布见图3，剪力墙混凝土等级分布为：1~12层为C60，13~24层为C50，22层以上为C40。3.2楼面结构梁宽为200mm或同墙厚，标准层户型内梁高以400mm、450mm为主，X向边梁500mm，Y向边梁为600mm；楼板为120~130mm现浇板；梁、板混凝土等级均为C30。

4超限情况及性能目标

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2015]67号）[4]，本工程超限情况主要有两项：①高度超限，结构高度147.3m，高度超过7度区剪力墙的A级最大适用高度23%，同时小于B级最大使用高度，属于高度超限；②楼板不连续，2层入户大堂以及避难层的生活转输水箱均为挑空布置，导致相应楼层挑空位置楼板有效宽度小于50%。遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计原则，本工程的抗震性能目标设为C级[5]。具体结构构件的性能目标如表2所示。

5结构小震弹性分析

5.1小震弹性反应谱分析

采用YJK和MIDAS两个程序对结构进行了小震弹性计算，计算结果汇总如表3所示。根据上述计算结果，可知两个计算程序计算结果相近，说明模型及计算结果合理有效，可以作为工程设计的依据。

5.2小震弹性时程分析

弹性时程补充分析所用地震波《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）（以下简称《高规》）[5]4.3.5节给出了明确的要求。具体应用到实际工程时，文献[6]中也给出了详细的选波操作步骤。图4给出了结构在各组地震波作用下的楼层剪力分布情况，由图4可以得出，各组地震波作用的结构基底剪力和反应谱计算的基底剪力均相差在35%以内，7组时程剪力的平均值和反应谱基底剪力相差在20%以内。同时各楼层的时程剪力平均值均小于CQC计算的楼层剪力，因此后续施工图设计中按照规范反应谱得出的地震力进行计算即可。

6抗震性能化验算

采用YJK程序对本工程进行抗震性能化验算。根据设定的性能目标，主要对底部加强区剪力墙进行如下几个方面的验算：①底部加强区剪力墙中震抗弯不屈服验算。设计时底部加强区边缘构件纵筋采用小震弹性和中震不屈服的包络值。②底部加强区中震抗剪弹性验算。设计时底部加强区墙体水平分布钢筋采用小震弹性和中震弹性的包络值。③底部加强区剪力墙大震作用下的截面限值条件验算。计算结果显示各截面的剪压比均满足规范要求。

7动力弹塑性验算

本工程采用SAUSAGE程序进行罕遇地震作用下的动力弹塑性验算。主要结论为：①结构在罕遇地震作用下X、Y向的层间最大位移角分别为1/192、1/191，小于规范限值1/120；②结构顶点弹塑性和弹性位移曲线形状相似，但随着时间推移，位移曲线逐渐出现明显的相位差；③楼层剪力曲线无突变，弹塑性基底剪力为小震弹性基底剪力的3.1~4.6倍，符合工程的一般规律；④构件的整体损伤程度为连梁＞梁＞剪力墙，70%左右的剪力墙无损伤。以上分析结果均表明结构在罕遇地震作用下能够保持“大震不倒”的设防要求。

8专项分析

8.1楼层开大洞解决措施

由于建筑底部有挑空入户大堂、避难层存在挑空的生活转输水箱间，引起平面中轴处楼板大开洞，相应位置出现严重的弱连接，详见图5。针对楼板大开洞引起的弱连接，首先，控制小震作用下此楼层板内主拉应力不大于混凝土抗拉强度设计值，中震作用下板内主拉应力全部由钢筋承担；其次，对楼板大开洞楼层，去掉弱连接，对结构进行整体分塔分析，按分塔和不分塔模型包络设计。

8.2针对高宽比超限的设计措施

本工程高宽比8.4，大于《高规》[5]第3.3.2条的限值6。针对高宽比大于限值，设计中主要控制如下几个方面：①验算结构刚重比，满足整体稳定性要求，同时考虑“P-Δ”效应；②中震不屈服时，截面拉应力超过混凝土抗拉强度标准值的墙肢内设置型钢，所有拉力全部由型钢承受；③风荷载作用、小震与风荷载组合作用、中震作用时，基础底面与地基之间不出现零应力区，桩基满足承载力设计要求，不出现上拔力；④大震作用下，对结构进行动力弹塑性分析，从严控制罕遇地震下的整体结构的塑性变形。

9结语

本工程为B级高度剪力墙住宅结构，小震作用下两个程序计算结果相近且均满足规范要求；中、大震等效弹性反应谱法计算结果表明底部加强区剪力墙能够满足预设的性能目标要求；动力弹塑性分析结果表明结构能够满足“大震不倒”的设防要求；同时对结构重点部位进行了专项分析，采取合理的计算、设计和构造措施。因此，本工程结构方案抗震设计是安全且可行的。本工程已于2019年3月通过超限审查。

参考文献

[1]杨建平，沈伟，魏大平，等．南京世茂滨江超高层住宅结构抗震设计[J]．建筑结构，2018，48（19）：27-30．

[2]刘金龙，宋九祥，沈伟．某超高层住宅结构关键问题分析[J]．山西建筑，2021，47（03）：32-35．

[3]曹源，李智明．武汉某超限高层住宅结构抗震分析设计[J]．建筑结构，2020，50（S2）：234-238．

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部．超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点：建质[2015]67号[S]．2015．

超高层住宅设计篇（4）

中图分类号：TU208文献标识码： A

0工程概况：

工程场地位于海口市，原始地貌属滨海滩涂湿地，后经过人工回填整平，因旧城区改造拆迁产生的建筑垃圾和周边工程开挖土方的堆放，地表稍有起伏，场地内杂草丛生，局部有小水坑，勘察时钻孔孔口地面标高3.20～5.14m，高差最大约1.94m。

本项目总用地面积48059.84m2，总建筑面积339889.51m2，由3栋超高层住宅楼、1栋超高层办公楼、3层21m的商业裙房和2层地下室组成。地下建筑面积76758.55 m2，地上建筑面积274798.33 m2。其中3#住宅楼地上38层，高度127米，为超B级高度的超高层建筑。

拟建场地位于琼北新生代断陷盆地，盆地内部受近东西向的马袅～铺前、北西向的海口～云龙和长流～仙沟断裂切割，三条断裂为海口市的主要基底断裂，属新生代以后形成的新构造。其中近东西向的断裂控制着盆地的形成与发展，北西向断裂控制着内部次级构造的形成与发展，马袅～铺前断裂为琼州海峡与岛屿地貌的分界，上述断裂与本工程场地距离已超出安全避让距离，其活动不会对本场地造成影响。

1桩基础计算

经钻探查明，场地岩土层由杂填土（Qml）、第四系全新统海相沉积层（Q4m）、第四系下更新统海相沉积层（Q1m）和第三系上新统海相沉积层（N2m）构成，自上而下共划分为10个工程地质单元层，分别为：层杂填土，层厚1.50～7.00m；淤泥质粉质粘土，层厚2.00～11.20m；层细砂，厚0.70～7.50m；层中砂，层厚0.70～7.30m；粉质粘土，层厚0.80～19.90m；粘土质砂，层厚1.00～11.20m；中砂，层厚8.70～17.00m；粉质粘土，层厚12.00～28.70m；贝壳碎屑砂土，层厚0.60～7.60m；

表1钻(冲)孔灌注桩设计参数建议值

上部结构为超高层住宅，建筑荷载大，对承载力及变形要求高。基底下土层为砂层天然地基不满足承载力要求，考虑采用桩筏基础，住宅塔楼所涉及的剖面中砂均有揭露，中密～密实，层顶埋深为36.0～40.0m，厚度为9.9～17.0m，适宜采用冲(钻)孔灌注桩或旋挖成孔灌注桩，以中砂作为桩端持力层，进入深度不宜小于2d。综合土层情况采用钻孔灌注桩方案。以中砂层作为桩端持力层。下表为按某典型钻孔试算的单桩承载力[1][2]。

表2单桩竖向极限承载力标准值估算表

注：1、L为有效桩长（已扣除基坑深度10.0m），进入桩端持力层5.0m考虑；

2、桩基持力层：⑦层中砂。

从表中看出，常规摩擦桩承载力较小，不能满足超高层建筑的承载力要求。为提高和改善成桩质量和桩的承载能力，引用后注（压）浆法增强桩侧阻力和桩端阻力，提高单桩承载力，减少沉降。粉质粘土有揭露，层顶埋深为49.5～53.0m，如中砂不能满足上部荷载的设计要求，可采用粉质粘土作为桩端持力层，但需考虑以不同的地层作为桩端持力层而产生不均匀沉降。

根据桩基规范，采用后注浆技术后，单桩竖极限承载力应通过静载试验确定，估算公式为[2]：

EMBED Equation.KSEE3\* MERGEFORMAT

EMBED Equation.KSEE3\* MERGEFORMAT

其中， EMBED Equation.KSEE3\* MERGEFORMAT 为后注浆侧阻力增强系数， EMBED Equation.KSEE3\* MERGEFORMAT 为后注浆端阻力增强系数

上式除了增加两个系数外与一般桩承载力计算公式相同。后注浆阻力增强系数的经验值，砂土1.4~2.0，端阻力增强系数2.1~2.4（均为折减后值）。采用3道桩侧注浆断面，分别进行桩端及桩侧注浆，注浆导管应和钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接牢固。浆液水灰比 0.6~0.7，终止注浆压力 4MPa，桩端注浆量2.1吨，桩侧一个断面注浆量0.8吨，注浆数据可根据试桩情况及注浆试验确定。经计算并根据经验，注浆后整体增强系数约为2.0，取极限承载力20000kN，在施工图设计前进行试桩。

从沉降曲线可以看出，1#桩在20000kN荷载的作用下， Q-S关系曲线发生明显陡降，达到终止加载条件，2#、 3#桩曲线未出现陡降段，总沉降量均临近极限，考虑工程桩大面积施工不利因素，工程桩设计的承载力特征值取值均为 9000kN。同时由可以看出后注浆灌注桩的极限承载力与工程实际条件和施工因素有很紧密联系，经验系数仅能作为估算，进行试验桩静载检测十分必要。

结论

工程桩采用大直径灌注桩，由于超高层塔楼的荷载大，对单桩承载力要求较高，普通的摩擦桩很难达到设计要求，同时后期沉降会较大，因此采用后注浆提高单桩承载力，同时减小沉降以满足上部荷载的要求。采用后注浆的灌注桩，正式设计前应通过试桩检测设计参数是否合适。

超高层住宅设计篇（5）

1 工程概况

本项目位于大连市，用地为填海地块，总用地面积为50800m2，总建筑面积为255290m2。项目包括17栋住宅和5栋配套公建。地下室1层，并设置核6级常6级战时人防防护单元。8号楼、11号楼为44层超高层住宅，高度为132.2m，9号楼、10号楼为47层超高层住宅，高度为141.200m。地上标准层高均为3.0m，剪力墙结构，为B级高度的建筑。本文针对8号楼进行抗震设计可行性论证分析。

2 设计参数

本工程 设计基准期为50年，抗震设防类别 为丙类，抗震 设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第2组，场地类别为Ⅲ类，场地特征周期0.55s。小震下规范反应谱和安评反应谱拟合曲线如图1。本工程计算地震作用时按如下原则 取值：小震 采用 安评地震 动参数进行 弹性计 算分析，中震、大震采用规范地震动参数 进行性能 目标验算。结构水平位 移计算时基本风压按50年重现期0.65kN /m2；结构承 载力计算时 取该值的1.1倍；地面粗糙度A类。

3 结构体系

8号楼建筑平面尺寸约为50.3mX18.9m，屋顶标高132.2m，高宽比为6.99，选用剪力墙作为结构抗侧力体系；标准层结构布置平面如图2所示。由于结构高度和高宽比均超出了规范的最大限值，因此必须将剪力墙布置在合适的位置，形成有效抗侧力体系。Y 向，在山墙位置及内部房间分隔处布置了通长剪力墙，通过墙肢开洞的方式（或有建筑门洞）形成联肢墙，即提供了有效的抗侧刚度，又避免了因墙体过长而吸收过多的地震力造成损伤。X 向，在隔墙处、电梯间及设备井处布置剪力墙，作为主要抗侧力构件，但建筑条件限制， X向剪力墙较少，因此将本方向边梁和墙做宽，以提高该方向的抗侧刚度。

4 结构超限情况

8号楼房屋高度超过A级高度但未超过B级高度的建筑；存在凹凸不规则、局部楼层楼板不连续、局部穿层墙共3项一般不规则项。

5 抗震性能目标

综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的不规则情况、建造费用、震后损失和修复难易程度等因素，确定本工程主要结构构件的抗震性能目标（结构整体抗震性能介于《高规》要求的C级和D级性能目标之间）。C级和D级的小震、中震、大震下性能水准分别为1，3，4和1，4，5。具体目标为所有构件在在多遇地震作用及风荷载作用下均为弹性；关键构件中震下偏拉、偏压不屈服、受剪弹性，大震下不屈服并满足受剪截面要求；普通竖向构件中震下不屈服并满足受剪截面要求，大震下较多屈服并满足受剪截面要求；耗能构件中震下受弯屈服、受剪不屈服，大震下部分发生严重破坏。

6 结构计算与分析

设计时采用2个不同力学模型的 空间结构分析程序（SATWE、Midasbuiling）进行风荷载、多遇地 震作用下的 弹性计算和设防烈度地震 作用下的弹性及不屈服计算；用SATWE 进行小震下弹性时程分析，与振型分解反应谱法进行比较；使用Midasbuiling软件进行动力弹塑性时程分析，考察结 构在大震下的抗震性能。用ETABS进行小震、中震、大震的楼板应力分析。

6.1 小震及风荷 载作用下弹性计 算主要计算结果见表1（两软件的计算结果十分接近，相差5%以内，限于篇幅只列出SATWE计算结果）。综上分析，在多遇地震及风荷载作用下：

（1）SATWE和MIDAS BULIDING两种软件分析的各项指标基本吻合且满足规范要求。

（2）塔楼受力及变形均无明显突变，结构具有合适的抗侧刚度。（3）扭转周期与平动周期之比小于0.85，结构具有合适的抗扭刚度。（4）结构楼层质量分布均匀，地震力沿高度方向无较大突变。（5）结构构件均处于弹性状态，承载能力和变形能力均能满足规范要求。（6）结构刚重比、整体抗倾覆均满足规范要求。

6.2 小震弹性时程分析

抗规要求需进行小震弹性时程分析 作为结构补充计算。选取1组人工波和2组天然波，计算结果取时程分析法的包络值与振型分解反应谱法的较大值。楼层剪力、层位移角对比曲线如图3，经分析得出如下结论： ⑴层剪力曲线表明，X、Y 向顶部时程剪力包络值大于反应谱结果，顶部放大系数为100%～150%，设计时拟根据此结果对相应楼层的地震力进行放大。⑵层位移角曲线表明，时程反应包络值小于反应谱结果，最大层间位移角均小于规范限值1/1000。⑶位移曲线（图略）以弯曲型为主，曲线光滑无突变，反映结构侧向刚度较为均匀。

6.3 中震弹性、中震不屈服、大震不屈服计算

按选定的性能目标，对关键构件、普通竖向构件、耗能构件进行中震（设防地震）弹性、不屈服、大震不屈服验算。经计算，底部加强部位的剪力墙和框架柱满足偏拉、偏压不屈服、受剪弹性，大震不屈服和抗剪截面的要求；非底部加强部位的剪力墙和框架柱满足中震不屈服和抗剪截面的要求、大震抗剪截面的要求；框架梁、连梁满足中震抗剪不屈服的要求。

6.4 动力 弹塑性时程分析

选取1组人工波和2组天然波，采用Midasbuiling进行结构罕遇地震动力弹塑性时程分析。部分计算结果见表2，各组地震波按X、Y 两个地震主方向分别计算。

通过大震动力弹塑性时程分析，结合结构整体反应指标和结构构件的抗震性能分析结果，得出如下结论：（1）罕遇地震作用下结构基底剪力为多遇地震基底剪力的4.1～4.4倍，地震作用量级合理。（2）结构层间弹塑性位移角均小于规范限值要求。（3）表征剪力墙剪切性能的剪切应变，表征剪力墙偏拉、偏压性能的砼纤维应变与钢筋纤维应变绝大多数处于弹性状态，对局部剪切应变屈服比较集中的墙肢进行抗剪承载力验算，墙肢整体满足不屈服的性能目标，且满足受剪截面控制要求。（4）框架柱大部分处于弹性工作状态，个别出现弯曲开裂第1状态，但均未进入屈服状态，且满足受剪截面控制要求。（5）多数楼层连梁及框架梁梁端进入屈服状态，使结构具有良好的变形耗能能力。

7 通过以上论证分析，可得到以下结论：

（1）在多遇地震作用及风荷载作用下，Satwe和Midas Building两种软件分析的各项指标基本一致；结构构件处于弹性阶段，承载能力和变形能力均能满足现行规范要求。时程分析与反应谱分析之间具有一致性和规律性，符合工程经验及力学概念所做判断。（2）在设防烈度地震作用下，剪力墙和框架柱满足偏拉、偏压不屈服，受剪弹性的要求；连梁、框架梁满足部分受弯屈服，受剪不屈服的要求。（3）在罕遇地震作用下，结构层间弹塑性位移角满足规范限值要求，底部加强部位剪力墙、框架柱不屈服并且满足受剪截面要求，非底部加强部位剪力墙、框架柱部分屈服并且满足受剪截面要求，连梁和框架梁多数屈服进入变形耗能状态。

综上所述，通过计算分析和适当的抗震加强措施，8号楼满足预定的抗震性能目标要求。

超高层住宅设计篇（6）

Abstract:In this paper,the research on some exceeding high-rise residential building,which locates in Guangzhou,is discussed.The code exceeding status and the structural reinforcing measures are introduced.Two types of software,SATWE and Midas,were used for the global analysis,and PKPM was used for pushover analysis and elastic time-history analysis.The results shows that the structure is in ductile stage under rare earthquake,the seismic performance of the structure can satisfy the code requirements.

Key words: code exceeding high-rise building；pushover analysis；elastic time-history analysis；structural reinforcing measures

中图分类号；TU2文献标识码：A 文章编号：

工程概况

1.1基本情况

本项目位于广州市番禺区，用地面积为35525.81平方米，总建筑面积241959平方米，地上建筑面积180332平方米，地下建筑面积61627平方米。设有三层地下室，地面建筑群体由五栋超高层住宅、1栋会所及1栋幼儿园组成,建筑使用性质为住宅。

1.2工程概述

其中一栋超高层住宅地上为52层，主要高度159米（超B级高度高层建筑）。各层层高分别为：地下三层3.6m，地下二层3.6m，地下一层4.75m，首层6.8m，标准层均为3m。平面长宽为39.6x31.6，高宽比(窄向)为5.0。本文将针对这栋超高层住宅的计算展开讨论。

1.3结构选型

本工程根据标准层为高档住宅的特点，考虑采用剪力墙结构体系。剪力墙作双向布置，单体中部设置核心筒，所有剪力墙直接落地(标准层平面见图1)。

图1 标准层平面

3 设计参数

3.1工程场地安全性评价

根据有关报告得出结论如下：

工程场地覆盖层厚度19.30~43.60m，等效波速144.03~168.05 m/s，场地土类型中软土，场地类别为Ⅲ类。

工程场地63%、10%和2%的地震烈度及基岩加速度峰值PGA如表3.1.1所示。

表3.1.1

根据《中国地震峰值加速度参数区划图GB18306-2001》，地面峰值加速度的复核应由50年超越概率水平10%的基岩峰值加速度，应根据GB18306-2001《中国地震动参数区划图》中地震动峰值加速度（中硬场地）与基岩场地地震动峰值加速度的对应关系。得出本场地地震峰值加速度为96.54cm/s2，换算成0.0985g。

设计地震动参数及其与规范值的对比情况如下表3.1.2所示。

表3.1.2 安评报告与规范地震参数对比

场地稳定性评价：地震孔仅DZ5存在砂层，根据《建筑物抗震设计规范（GB50011-2010）》计算，出现砂土液化，液化指数为0.68，液化程度为轻微。根据地震孔，本场地存在软弱层，厚度大约为17m，应注意软土震陷的影响。本场地地势较平坦，属河流冲积地貌类型。在钻孔揭露范围内未见塌陷、土洞、地裂缝等不良地质作用。根据区域地质构造和本次地震孔钻探资料，场地未见断裂构造迹象，场地地震稳定性较好。

3.2超限分析主要的荷载作用

3.2.1地震作用

3.2.1.1本工程考虑地震作用的相关参数

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）、《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）以及工程场地地震安全性评价报告，本工程结构进行地震作用分析时，按规范采用的相关参数及各部位构件的抗震等级详见表3.2及图3.2。

表3.2 结构的相关参数

3.2.1.2 安评报告的地震反应谱曲线与抗震规范的相应比较

工程场地地震安全性评价报告提供的场地地面设计地震动参数与抗震规范的相应参数比较详见表3.1.2；相应的小震反应谱曲线对比详见下图。从图中能判断出安评报告的曲线能包络规范的反应谱曲线。为进一步的分析比较，使用pkpm软件，直接输入地震反应谱，将按安评报告输入的地震反应谱曲线计算所得的地震作用剪力与按规范的地震反应谱曲线计算所得的数值列表比较见图3.2，结果表明，小震作用下，按规范反应谱计算的基底剪力大于安评报告的结果，因此小震作用按照规范反应谱的地震反应谱曲线进行计算。中震、大震的地震动参数根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规定按规范提供的数值取用。

图3.2地震响应曲线曲线图-安评报告及规范参数比较

3.2.2 风荷载

在计算风荷作用下结构水平位移时，基本风压值Wo=0.50kN/m2（n=50年），结构构件承载力计算时，按基本风压1.1倍采用，地面粗糙度B类，建筑体形系数μs=1.40。

4 结构抗震设计性能化目标

4.1抗震设防的基本目标

本工程按7度抗震设防、Ⅲ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.1g。综合考虑抗震设防分类、设防烈度、场地类别、建造费用，本工程结构抗震性能目标定为C级。性能水准如下：

（1）在多遇地震作用下，所有结构构件按弹性设计，完好无损，达到性能水准1的要求。

（2）在设防烈度地震作用下，剪力墙正截面满足《高规》3.11.3-2要求，抗弯不屈服；普通框架梁、连梁受剪承载力满足《高规》3.11.3-2要求，抗剪不屈服；水平长悬臂梁正截面承载力满足《高规》3.11.3-3，抗弯不屈服，其受剪承载力满足《高规》3.11.3-1要求，抗剪弹性，达到性能水准3的要求。

（3）在预估罕遇地震作用下，结构弹塑性变形满足《高规》3.7.5要求，剪力墙受剪截面符合《高规》3.11.3-4要求；水平长悬臂梁受剪承载力满足《高规》3.11.3-3的要求，抗剪不屈服，达到性能水准4的要求。

4.2 抗震等级

构件抗震等级如下：

4.3结构各关键部位性能目标

针对本工程结构的特点和超限内容，按《高层建筑混凝土结构技术规程》本工程各构件性能化设计指标见下表4.3.1：

表4.3.1结构各关键部位性能目标及验算结果汇总

5 结构分析

5.1小震及风作用下的弹性整体计算

选用中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE软件对主体结构进行小震及风作用下的弹性整体计算分析，并用Midas软件进行校核对比分析。

5.1.1 基本假定及主要参数取值

（1）嵌固层取为地下室顶板，结构整体指标计算时取地下室以上部分计算。

（2）考虑了平扭耦联计算结构的扭转效应。控制振型数使振型参与质量不小于总质量的90％。共采用18个振型组合。

（3）计算层间位移、层侧向刚度比和位移比时，采用刚性楼板的假定；在进行楼板应力计算时对相应的楼层采用弹性膜模型。

（4）主要参数取值如下：考虑偶然偏心；考虑双向地震作用；考虑P-Δ效应；考虑周期折减系数取0.90；中梁刚度增大系数按2010规范取值，连梁刚度折减系数0.7。

5.1.2计算结果汇总及对比分析

结构的整体计算结果见下表5.1.1。

表5.1.1 整体电算结果(多遇地震)

根据上述计算结果，两个软件风荷载及地震作用计算值有些差异，但差异不大，在合理的范围之内。结合规范规定的要求及结构抗震概念设计理论，可以得出如下结论：

第一扭转周期与第一平动周期之比均小于0.85，满足“高规”3.4.5条要求。

在考虑偶然偏心的规定水平地震作用下，楼层的最大扭转位移比大于1.2,但均小于1.3，相应“地震作用下的层间位移角”大于1/2000,属扭转Ⅰ类不规则平面；

X，Y向有效质量系数均大于90％，所取振型数满足要求。

按广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规定中3.5.1，T3栋层间有害位移值均小于层间位移值的50%，建筑物高度在150~250m间可在1/800~1/500间线性插值，本工程按159m插值，层间位移角限值u/h=1/759，经分析计算主体塔楼在地震荷载作用下及风荷载作用下层间位移角均满足规定的要求。

各层侧向刚度满足《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》表二的要求，表明本工程的侧向刚度规则。

剪力墙的最大轴压比均小于0.5，满足“高规”轴压比限值要求。

刚重比最小值小于2.7，但大于1.4，能满足高层建筑结构整体稳定的要求（“高规”5.4.4条），但需要考虑P-Δ效应的影响。

各楼层层间抗侧力结构的受剪承载力与其上一层受剪承载力比值最小值均≥0.75，满足《广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则》中表二的要求，不属楼层承载力突变。

5.2结构小震下的弹性时程分析补充验算

 根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中5.1.2条表5.1.2-1规定，采用SATWE程序对各栋塔楼结构进行小震下的弹性时程分析的补充验算。弹性时程分析采用工程场地地震安全性评价报告提供的7条地震波，其中user1、user2、user3及user5为天然波，user8、user9及user11为人工模拟的加速度时程曲线。

七条地震波作用下结构弹性时程反应（平均反应＝(user1＋user 2＋user 3+ user 5+ user 8+ user 9+ user 11)/7 ）与规范反应谱法计算结果比较如图5.2.1所示：

表5.2.1时程分析计算参数和结果摘要

弹性时程分析结论：

a. 时程分析结果满足平均底部剪力不小于振型分解反应谱法结果的80％，每条地震波底部剪力不小于反应谱法结果的65％的条件；

b. 由上述计算结果对比可见，弹性时程分析的楼层反力和位移平均值小于规范反应谱结果，反应谱分析结果在弹性阶段对结构起控制作用。

c．楼层位移曲线下部以弯曲型为主，上部以剪切型为主，位移曲线光滑无突变，反映结构侧向刚度较为均匀。

d．各条时程地震波下的层间位移角曲线形状均较相似。

e. 计算地震作用效应时，时程分析结果的平均值做补充验算。

5.3罕遇地震（大震）作用下静力弹塑性（Pushover）分析及结构抗震性能评价

为了解结构在罕遇地震作用下由弹性到弹塑性的全过程行为；判断该结构在罕遇地震作用下是否存在薄弱区，并评价薄弱区的薄弱程度。评价本工程结构在罕遇地震作用下的抗震性能，从而进一步判断该结构在大震作用下是否满足不倒塌的抗震性能要求。本工程采用PPUSHOVER分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。

PUSHOVER分析中控制性参数选取：目标位移为1.59m[为楼高(从地下室顶板面起算)的1/100],侧向荷载模式为倒三角模式,不考虑P—效应,考虑初始重力荷载,计算X与Y向地震作用。

5.3.1 PUSHOVER分析结果

(1) PUSHOVER分析结果如下：

图5.3.1X向大震作用下能力谱-需求谱曲线

图5.3.2Y向大震作用下能力谱-需求谱曲线

图上可以看出，结构在X方向需求层间位移角为1/148，需求点对应的总荷载步号为102；Y方向需求层间位移角为1/146, 需求点对应的总荷载步号为89；均满足罕遇地震下规范规定变形要求。

（2）大震性能需求点处的结构性能分析。

结构的安全评估将从结构整体性能和构件塑性变形程度两个方面来考察。整体性能的情况通过弹塑性层间位移角、剪重比、结构顶部位移、底部剪力、结构塑性发展的过程及塑性发展的区域来评估。构件则通过构件的塑性发展程度来评估。

性能控制点处结构的内力和变形数据见下表。

5.4 其它分析内容

本工程还进行如下分析计算：

利用satwe对结构进行中震不屈服验算；计算结果得知，剪力墙加强部位、标准层竖向构件及主要框架梁均能满足要求，除部分较短连梁外，大部分抗震构件能达到不屈服的抗震性能目标。

2）小震及中震下的标准层楼板应力分析；利用PMSAP进行楼板应力分析结果表明，在小震作用和中震作用下，标准层楼板薄弱部位处剪力最大值为20KN/m，偏于安全的以小震作用下最大剪应力乘上放大系数0.50/0.08＝6.25作为罕遇地震作用下的剪应力，薄弱部位处楼板剪力积分为125kN/m,楼板配Φ10@150双层板筋(该段楼板抗剪承载力为193 kN/m)，即能满足楼板的抗剪承载力要求。

6 结构超限的主要措施

1、本工程的剪力墙是主要的抗侧力构件，提高剪力墙墙肢的延性，可以有效的提高结构的抗震性能。针对提高剪力墙的延性，采取了以下措施：

(1)底部加强区抗震等级提高至特一级，底部加强部位的墙身水平和竖向分布筋配筋最小配筋率0.5%；约束边缘构件竖筋最小配筋率为1.5％，体积配箍率不小于1.5%；

(2)按中震正截面、剪切均不屈服的性能目标进行设计；

(3)根据罕遇地震下的pushover的计算结果，对薄弱处的剪力墙进行加强，避免其出现剪切特征的破坏。

2、采用抗震性能化设计，根据实际需要，针对整个结构、结构的局部部位或关键部位、结构的关键部件、重要构件、次要构件采取不同的性能目标。

3、提高楼板薄弱处在地震作用下的承载力：各栋细腰处及电梯井洞周边的板均为160mm厚，双层双向Φ10@150配筋；并适当参考小震及中震下楼板的应力分析结果，对楼板应力较大处进行加强。

4、结合竖向地震的计算结果，并适当加强大悬挑处（悬挑达4m）的悬挑梁的端部钢筋，提高此处结构的安全富余度，同时加强与悬臂梁相连处的剪力墙配筋（含分布钢筋及端部暗柱的钢筋），提高此处剪力墙在地震作用下的延性。

结论

综上所述，本工程虽然为超B级高层建筑适用高度，结构形式复杂，存在多项不规则，但在设计中采用概念设计方法，根据抗震原则及建筑特点，首先对整体结构体系及布置进行仔细的考虑并作优化，使之具有良好的结构抗震性能。在抗震设计中，除保证结构在小震下完全处于弹性阶段外，还补充了主要构件在中震下表现的性能要求，再采取多种计算程序进行了弹性、弹塑性的计算，计算结果表明，多项指标均表现得较为良好,基本满足规范的有关要求；使可控制的不规则程度得到基本有效控制。同时又通过概念设计及各阶段的计算程序分析结果，对关键和重要构件作了适当加强，在构造措施方面亦相应作了处理。总的来说，可以认为本工程除能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标外，亦满足小震不坏，中震下主要构件不屈服、震后可以修复，大震不倒塌的抗震设防目标，因此认为结构是可行且安全的。

参 考 文 献

超高层住宅设计篇（7）

2、给水设计

2.1分质供水

生活用水与中水分别接自城市不同的给水管网。中水主要考虑居住型公寓每户的冲厕用水及地下车库冲洗地面所使用的水，水源接自市政中水管网并在小区形成环状管网。分质供水从系统上划清了供水界限，将不同的用水设备在使用过程中可能引起的水质污染降到最低；也充分体现了水的优质优用，低质低用的原则。

2.2用水量

一期住宅共687户，每户人数按3.5人

（1）计用水量标准为120 L/日•人。最高日用水量：Qd=288m3/d；最高时用水量：Qh=27.6 m3/h。

（2）水中用水量标准为40 L/日•人，最高日用水量：Qd=96.18m3/d，最高时用水量Qh=9.2 m3/h。

2.3供水方式

选择合理的给水方式是高层建筑生活给水系统设计的关键，它直接关系到生活给水系统的使用效果和工程造价。对于高层建筑，城市给水管网的水压一般不能满足高区部分生活用水的要求，高区部分生活用水由水泵加压供给。初步设计前期去当地自来水公司咨询，当地自来水公司要求设计采用变频调速水泵直接供水。因此，根据《建筑给水排水设计规范》规定及职能部门的要求，居住型公寓均采用变频调速水泵直接供水。

2.3.1生活给水系统的分区

《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第3.3.5条规定：“高层建筑生活给水系统应竖向分区，竖向应符合1.各分区最低卫生器具配水点处的静水压不宜大于0.45 MPa；特殊情况下不宜大于0.55MPa；2.水压大于0.35 MPa的入户管（或配水横管），宜设减压或调压设施；3.各分区最不利配水点的水压，应满足用水水压要求。”

2.3.2中水给水系统的分区

市政中水给水压力为0.25~0.35 MPa。中水给水系统分四个区：五层及以下由市政给水管网直接供给；6~14层为低区；15~23层为中区；24~32层为高区。高中低区各设一组变频调速水泵直接供水。

2.3.3分区压力的控制

分区压力的控制是根据变频泵的扬程，既能保证最小供水压力，又不大于用水设备的承受能力来确定的。高层住宅的最小压力是指每个分区最高层进户管的供水压力。根据《住宅设计规范》GB50096-1999（2003版）和《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）的规定，本次设计最小给水静压力按10 m计算，最大限度满足了住户对水压的使用要求。

2.4热水设计

每户设容积式燃气热水器。为确保热水管网内的温度均匀，在每户的阳台设一组热水回水泵机械循环，满足用户对热水的使用要求。

3、排水设计

室内污废水合流，设置专用通气管。专用通气管与污水管间用H型通气配件连接。本次居住型公寓卫生间排水采用同层排水系统。做法是将卫生间底板降低300 mm，排水支管不穿楼板，与卫生器具同层敷设并接入排水立管。排水管安装后需做闭水试验和通水试验，经检验合格后，再对降板部分用填充物现场填实覆盖，最后铺设面层。采用同层排水的好处是排水管道不用穿越楼板，减小了渗漏机率；而且同层排水不会干扰下层住户，排水噪声小，成为完全独立的卫生空间。

4、消防设计

本工程消防水池一、二期合用，水池、消防泵设在一期公建地下车库内。

4.1消火栓系统

4.1.1用水量

室内消防水量：15 L/s；室外消防水量：20 L/s。

4.1.2消火栓给水系统

室内消火栓系统由消防专用贮水池消防泵环状干管各栋塔楼的消防环状管网组成。居住型公寓消火栓系统分二个区：十五层以下（含地下车库）为低区，十六层以上为高区。每个分区在消防泵房内各设2台加压水泵，室内消防加压管道成环状布置。在室外设水泵接合器分别与各分区消防环管相连，以便消防车利用室外消火栓取水直接救援。屋顶消防水箱设在酒店式公寓屋顶并保存10 min消防水量。

4.1.3消火栓布置

按《高层民用建筑设计防火规范》第7.4.2.条规定，在居住型公寓每层每单元设消火栓2只以确保消防安全。

地下车库按《汽车库、修车库、停车库设计防火规范》GB50067-97，每层设若干套消火栓。当消火栓栓口出水压力超过0.5 MPa时，设置减压稳压型消火栓。

4.2自动喷水灭火系统

4.2.1用水量

居住型公寓为轻危险级。按天津市消防局意见：在每层公用部位设自动喷水灭火系统。喷水强度为4 L/min•m2作用面积为160 m2。地下车库为中危险级,喷水强度为8 L/min•m2，作用面积为160 m2。室内喷淋水量：30 L/s。

4.2.2喷淋给水系统

根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001第6.2.3.条规定“一个报警阀组控制的喷头数应符合湿式系统、预作用系统不宜超过800只”；第6.2.4.条规定“每个报警阀组供水的最高与最低位置喷头，其高程差不宜大于50 m。”；第8.0.1.条规定“配水管道的工作压力不应大于1.20 MPa,并不应设置其它用水设施。”根据建筑高度和每个报警阀控制的喷头数以及系统管网内的工作压力原则进行竖向和水平分区。居住型公寓喷淋系统竖向分二个区：十五层以下为低区；十六层以上为高区。地下车库内喷淋系统为低区。汽车坡道入口处、露天采光天井、采光带附近的喷头采用易熔金属型(72℃),其它喷头采用玻璃球型(68℃)。每套居住型公寓每单元按竖向分区各设一组湿式报警阀；地下车库一期为低区共需设湿式报警阀5组。每个防火分区、每个楼层均设置水流指示器。在消防泵房内设2台高区喷淋加压水泵；2台低区喷淋加压水泵。在室外设水泵接合器分别与高低区喷淋环管相连。

4.3灭火器配置

根据《建筑灭火器配置设计规范》在建筑物内配置灭火器。居住型公寓的配电房按带电火灾，其余按A类火灾，为轻危险级；地下车库参照中危险级A类火灾考虑。

5、生活水泵房设计

在地下车库泵房内设两座60 m3生活水池（生活水泵房设在地下车库B2层）。水泵房内共设生活泵3组（每组3台，二用一备），供应基地内5栋居住型公寓楼生活用水。为充分利用地下车库，保证停车位的最大化，设计了多种方案进行反复比较，并征得了甲方的同意，采用了不锈钢潜水给水泵。设计时将不锈钢潜水给水泵直接放入生活水池内，减少了泵房占地，增加出3个车位。虽然前期投资相对普通给水泵有所增加，但综合经济比较及甲方以前的使用经验采用不锈钢潜水给水泵具有安全、高效、省电、无噪声、少维护等优点，而且多出的车位也能更好的满足用户的要求。

高层住宅建筑给排水设计不仅要满足设计规范，而且要求设计者在满足甲方的要求同时还要符合当地职能部门设计规定；更要对用户的需求充分了解，真正做到以人为本，在设备选择与空间布置上更好地满足人们对居住环境的要求。

参考文献：

超高层住宅设计篇（8）

Abstract: with the rapid development of construction industry in our country, city high-rise buildings like emerge the ground is built. And tall building structure design, must be in high-rise building structure based on the theory of the design. Combining with the project examples, this paper briefly describes the structure design of super-high several problems that should be noticed, and some optimization countermeasures, available for reference.

Key words: the modern city; Tall; Residential construction; Structure design

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

前言

随着城市化进程的加快，以及国民经济的高速发展，我国城镇人口不断增加，规模也不断增大，使得现代城市住房建设用地较为紧张，所以建设高层或超高层住宅建筑成为城市发展的必然趋势。这也给超高层建筑是设计也带来了更多的挑战和崭新的课题。如何设计出舒适、安全、经济、美观，同时又要符合使用者精神生活要求的建筑，成为建筑设计者必须直面问题。

一、工程简述

按照规范[1,2]结构体系的适用范围,采用剪力墙结构体系。剪力墙厚度:地下室、底层架空层370mm或400mm,标准层均为240mm。100m左右超高层竖向构件混凝土等级为C40～C30；140m左右超高层竖向构件混凝土等级C55～C30.梁板混凝土等级为C35～C30。

该工程设计基准期为50年,结构设计适用年限为50年。抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,地震分组为一组,设计特征周期为0.45s,抗震设防类别为丙类,结构安全等级为二级。场地类别为Ⅲ类。采用桩筏基础,主楼区域采用直径700、800、900、1000mm钻孔灌注桩,一层地下车库采用管桩满足抗拔要求。

二、结构概念设计

高层建筑中,宜使结构平面内形状简单、规则、刚度和承载力均匀,根据高宽比选取合理的户型,结构平面布置应减少扭转的影响；高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用严重不规则的结构体系。对可能出现的薄弱部位,应采取有效措施予以加强。4#、5#、7#、8#、16#、17#楼平面见图1～图3,其中11#、12#楼和7#、8#相同,本工程不规则超限内容见表1,因此应严格控制其它不规则指标,以避免成为复杂超限高层结构。

高层建筑结构抗震设计计算是在一定假想条件下进行的,尽管分析手段不断提高,分析原则不断完善,但由于地震作用的复杂和不确定性,地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性,可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多,尤其是当结构进入弹塑性阶段之后,会出现构件局部开裂甚至破坏,这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明,设计中把握好高层建筑的概念设计是很重要的。

图 14#、5#楼奇数层平面图

图 27#、8#楼奇数层平面图

三、结构计算设计及设计要点

与低层或多层建筑不同,结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,与建筑高度H的4次方成正比(=qH1/8EI)。另外,高层建筑随着高度增加、轻质高强材料的应用、新建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大,在设计中不仅要求结构具有足够强度,还要具有足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内。

图 316#、17#楼奇数层平面图

高层和超高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑,如果在同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重意味着不增加基础造价和处理措施,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。地震效应与建筑的重量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,还由于重心高地震作用倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。

在满足地下室车库层和底层架空或者底层商铺的前提下,遵循对称、均匀、周边、拐角的原则,在结构周边、拐角和核心筒等部位对落地剪力墙进行较合理布置,主体结构抗震等级为三级(低于140m)和二级(高于140m)。对结构薄弱部位如楼电梯周围,内庭院周围均设置了120mm厚楼板,采用双层双向拉通钢筋予以加强;对少量肢长受到限制的短肢剪力墙(墙肢长度∶墙厚

本工程项目中仅16#和17#楼高度超限,应报省超限高层建筑工程抗震设防专项审查。风荷载取值,考虑到以后城市建设的不断发展,位移计算时取0.45kN/m2,强度计算时取0.5 kN/m2。

四、优化设计对策

4.1剪力墙的延性设计:弱化剪力墙和连梁刚度,控制墙肢长度:墙厚=10∶1左右,把长剪力墙开洞(结构洞或门窗洞)成联肢墙,洞顶设置跨高比≥5的弱连梁,结构洞及窗台用砌块填砌。弱化后的剪力墙和连梁具有较轻的自重、更大的延性和抗震耗能能力,钢筋用量也较小。根据多年设计经验,建筑物高度80m以下时剪力墙面积占标准层面积的3.5%～7%时较合理,让最大层间位移角接近规范限制,太大或者太小时,或者是剪力墙布置不合理,或者工程造价太高。随着建筑物高度增加,该比值相应增大。剪力墙布置合理时,各剪力墙轴压比相差不大,且都小于规范要求,剪力墙一般是构造配筋,一般采用12或14直径钢筋即可满足要求,可明显减少剪力墙用钢量。

4.2为进一步减少工程造价,采取减轻填充墙荷载,用新三级钢筋,板采用分离式配筋,选用直径较小的通长筋及减少次要构件钢筋用量等优化设计措施。

表1结构计算结果

五、结构计算结果分析

通过相同户型不同高度计算分析,在满足相应规范的前提下,得出了竖向构件面积占标准层面积的比值,见表1,其中7#、8#楼该比值偏大,剪力墙一般需要300mm和350mm才可以满足规范的基本计算要求。

经过比较,7#、8#楼户型最不经济合理,4#、5#楼户型次之,16#、17#户型最经济合理,分析原因,主要是7#、8#楼户型高宽比太大,远远超过了规范的数值,经过与业主协商,7#、8#楼决定另选户型。

由于户型的需要,塔楼的高宽比一般都较大,通过对本项目中4#、5#楼不同高宽比的计算分析,在竖向构件面积占标准层面积合适的比值范围内,高宽比在8左右时,竖向构件在200mm或者240mm宽度就基本可以满足计算要求。

经与业主协商调整后确定户型和塔楼高度,周围梁高为240mm×470mm,内部梁高200(240)mm×400mm, 4#、5#楼未注明板厚均为120mm,7#、8#、9#楼未注明板厚为100mm。应业主要求,主卧内卫生间120mm厚墙下做暗梁处理,标准层剪力墙均为240mm厚。经优化各塔楼用钢量在60～65kg/m2和混凝土量,具体见表2。

表2 各塔楼的用钢量与混凝土量

六、结语

通过对上述工程实例的分析,得出以下结论:

(1)建筑户型的选择非常重要,户型尽量简单规则,户型的选择直接关系到结构体系的复杂程度,和工程造价存在着直接的关系。

(2)概念设计对于高层和超高层结构方案的合理、经济即有效选取非常重要,不能仅仅考虑结构设计的合理性,而且还能考虑到建筑的适用功能、进而满足建筑的安全性、适用性和耐久性的要求。

(3)超高层住宅一般采用框架剪力墙结构体系和纯剪力墙结构体系,剪力墙应遵循对称、均匀、周边、拐角等原则进行合理布置。剪力墙和连梁应进行优化设计,剪力墙尽量不要采用短肢剪力墙,剪力墙的墙肢长度与墙厚之比大于8,当墙肢长度过大时,应中间开洞,设置为弱连梁(跨高比不小于5的连梁)。延性剪力墙结构体系具有更轻的自重、更好的延性和更强的抗震耗能能力;剪力墙布置要合理,高度80m左右的高层,竖向构件面积占标准层面积的最佳比例为5.0%左右,高度100m左右超高层住宅的最佳比例为6%～8%,随着高度不断增加的最佳延性设计较短肢墙有更好的经济效益。

(4)结构设计中,对不规则部位,特别是结构的薄弱部位,应通过计算、分析进行准确判定,并加以可靠的加强措施。

参考文献：

超高层住宅设计篇（9）

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

本工程位于蚌埠市汤和路与向湖路交口西南侧。本工程建筑高度148.00m，设计耐火等级为一级；本工程设计地下3层，地上51层，地下一层高3100，地下二、三层高2900，地上首层层高3200，第二、三层层高2800，其他层层高为2900，本工程总建筑面积为25883.24m2，其中地下1428.99m2，地上建筑面积24454.25m2。结构类型：剪力墙结构；抗震设防烈度为7度；设计使用年限50年。C1#楼室内标高29.250米。

工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7 度，结构抗震设防类别为丙类，基本风压按100 年一遇

0.50kN/m2 取值。

2 工程地质及基础方案选择

2.1工程地质特征

本工程为1栋51层商住楼，楼高约为150米。预估采用筏形基础或箱形基础，上部结构为剪力墙结构。拟建场地位于向湖路与汤和路交叉口西南角。场地地面标高在27.19～27.80米之间，地形较平坦。场地的地貌类型为剥蚀准平原。地基各岩土层的形成时代及成因类型简述为：全新世素填土层(Q4ml)、晚更新世坡积层和残积层(Q3dl+el)及晚太古代(Ar)区域变质形成的花岗混合岩。

根据钻探揭露，本场地在20.0米深度范围内，存在2个地下含水层组：第一含水层组：地下水类型属上层滞水，主要分布于①层素填土及②层粉质黏土的裂隙中；其水量大小受大气降水和地表水控制，以竖直渗透补给为主。地下水的初见水位与稳定水位埋深基本一致，勘察期间地下水位在1.87～2.02米之间。第二含水层组：地下水类型属承压水，主要分布于③层全风化花岗混合岩中，补给方式以水平迳向补给为主，勘察期间承压水头高出③层全风化花岗混合岩顶面1.0米左右。勘察期间为枯水期。按正常年份，蚌埠地区6～9月份为丰水期，12月～次年3月份为枯水期，水位年变化幅度为1.0米左右。本拟建场地的抗浮设防水位埋深为1.0米。

表1地基土基本性质

Table 1Basic properties of foundation soil

2.2基础选型

工程±0.000 为绝对标高71250m,主楼和裙房、纯地下室底板面标高均为- 101600m。本工程楼高150米，预估基础埋深10米；从本场地承载能力来看，同时结合本工程，④层中等风化花岗混合岩承载力较高，且埋深较浅，可作为天然地基持力层，基础采用天然地基上的筏形基础。

3 筏板基础设计

3.1筏板设计

主楼筏板的厚度主要由冲切计算确定，裙房及纯地下室为梁板式筏板，筏板厚度主要是由基础刚度要求、水浮力下底板抗渗要求及配筋量等综合决定的。采用JCCAD 软件计算桩筏整体受力，选用多种内力组合，对不同筏板厚度的底板配筋量及基础变形进行比较分析，经多轮优化计算后，最后确定筏板厚取2.5m。基础混凝土强度等级为C40。

3.2基础沉降分析

根据结构的实际受力情况，定义以下分析工况:恒载、活载、x 与y 向风载、x 与y 向地震反应谱荷载。设计采用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) 中标准组合、基本组合和准永久组合。

根据上述所得单桩刚度输入模型，考虑上部结构刚度，基础与桩考虑为铰接，后浇带按实际位置输入，并考虑后浇带封闭前荷载完成70%，筏板通过软件自动划分。采用弹性地基梁板法进行计算。

根据地基规范要求，计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，且不应计入风荷载和地震作用。

结构的沉降主要由恒载产生。为比较计算理论值与实际沉降值，采用恒载下计算沉降值。图2为恒载标准值下基础沉降值。现主楼沉降最大值为6mm，主楼与纯地下室部分的差异沉降在规范允许值内。

图2筏板沉降等值线图/mm

Fig. 2 Raft the settlement contours / mm

4 罕遇地震作用下结构整体稳定验算及措施

4.1结构整体抗倾覆措施

罕遇大震作用下的整体稳定由以下几个方面控制：1）罕遇大震作用下的结构最大层间位移角应满足规范要求；2）结构应有足够的埋深和足够的地下室外边界尺寸；3）基础处理应满足受拉的要求。

本设计方案采用筏板基础，主楼筏板厚为2.5m，其周边外伸0.5m。主楼部分板底持力层为（4）中风化花岗混合岩，裙房独立柱基础持力层为（4）中风化花岗混合岩。建筑±0.000标高对应绝对高程为29.250m，筏板底绝对标高为17.850m。

本工程地下室3层，高度8.9米，考虑到底板厚2.5米，去掉室内外高差0.45，总共埋深为10.95米。结构满足规范H/15=148.45/15=9.9米的埋深要求。为了保证和提高Y向的整体稳定性，地下室在Y向增加4米，提高了Y向的抗倾覆能力，如图3所示。

图3结构整体抗倾覆计算示意图

Fig. 3 Schematic structure of the whole anti-overturning calculation

4.2结构整体抗倾覆验算

结构在两个方向的整体抗倾覆验算如下：

X向 ：

G=701078.4 kN； V0=52897kN

H=148.4m；C=11.12m；B=56.2m；

Y向：

G=701078.4 kN； V0=48892 kN；

H=148.4m；C=11.12m；B=28.8m；

计算结果整理见表2：

表2基础地底面零应力区与结构整体倾覆

Table 2Base to the bottom with zero stress zone overturning the whole structure

式中：H为建筑地面以上高度；C为基础埋深；B为基础底面宽；G为建筑总重力荷载代表值；为总水平力标准值；为倾覆力矩标准值；为抗力矩标准值；为零应力区比例。

罕遇地震作用下X向零应力区比例为0，Y向抗倾覆安全度为 1.88，零应力区比例为29.9%，参照《高规》JGJ3-2010第12.1.7条及文献[4] 知：本工程罕遇地震作用下的抗倾覆安全度仍略大于多遇地震作用下JGJ3-2010规定值(H/B>4高层建筑）的1/2；另外，本工程持力层刚度较大，根据文献[4]总结，要求可适当放松，故结构整体抗倾覆有足够的安全度。

5 结论

超高层住宅设计篇（10）

1.为什么越来越多的国家热衷于超高层建筑

生活在现代城市中的人们对于高层建筑不会陌生，随着经济的发展和城市的进步，现代化的城市理念为人们所接受，为了体现城市高度发展的特点，在建筑上，一座座摩天大厦拔地而起，成了现代城市中一道独特的风景线。很多人会发出这样的疑问：为什么越来越多的国家热衷于建设这种超高层建筑呢？我想究其原因，无外乎这样几种：

首先，城市的高速发展，决定了发展速度越快的城市就会吸引更多的外来人口，纵观整个世界，超级都市成了对于那些发展飞速的城市的称呼，向国外的纽约，伦敦，国内的有北京，上海和广州。这些城市的发展在一个国家中，甚至在世界上都是数一数二的，自然会吸引大量的人口在这样的城市中生存。而吸引人口之后，问题就出现了，城市的面积就那么大，增加的这部分人在哪里居住呢？所以，发展立体空间的理论应运而生，越来越多的额城市在解决城市人口问题时，最先想到的就是建设高层的建筑。

其次，和传统的三四层的小楼房相比，摩天大楼有着更为华丽的外表，更能代表一个城市发展，甚至很多城市的摩天大楼已经成了一个城市的地标，所以，在这种虚荣心得驱使之下，越来越多的城市加入了建设高层建筑的大军中，尤其在中国，似乎越来越狂热。

最后，为了节省城市的用地，综合性办公楼被带入城市的建设中。我们知道，过去单位的建筑形式往往是独门独院。但是，随着城市的发展，城市的用地越来越紧张，为了节约城市的用地，建设综合性的办公楼，即我们常说的写字楼，成了城市建设过程中的首选。这在现在的城市中非常普遍，往往一个写字楼中，有很多家企业或办事处，这种建筑模式不仅节约了空间，同时也建筑的现代化发展做出了贡献。

2.我国超高层建筑的现状

纵观我国的超高层建筑，却也存在这很多的问题，主要体现在以下几个方面：

2.1我国的超高层建筑经济花费高。

我们知道建设高层建筑甚至超高层建筑的目的就是为了解决城市土地紧张的问题，但是我国的超高层建筑在整体的施工过程中，工程预算非常高，据报告显示，建一栋200米的高层建筑的花销比建两栋100米的高层建筑的花销还要多，这就说明，我们在超高层建筑的建设过程中，已经偏离了预期的目标。

2.2实用性不强。

这个问题在现代的城市建设中很常见。很多超高层建筑在建成之后都是通过征收租金的方式来维持建筑物本身的日常的开支，但是，城市中的很多的超高层建筑的闲置率非常高，通常五六十层的高层建筑的入住率还不到一半，闲置的楼层得不到利用，就会减少相当多的资金收入。并且，像这样的超高层建筑，其日常的维护与管理的开支是一笔不小的数字，因此，这也成了我国建筑行业在管理方面的一个缺口。

3.我国超高层建筑存在的问题

随着市场经济的逐步完善，我国整体的发展节奏 也在加快，超级都市的出现说明，我国在新时期的发展已经上升到一个新的高度，但是，在超高层建筑上，我国在发展上却存在诸多问题，在这里主要讨论两方面的内容，即关系到社会民生的问题：防火和节能。从我国的基本情况上看，预防火灾是关系到社会民生的大问题，居民的防火问题历来是我国政府工作的重点之一，可见，防火的重要性和必要性。节能，简而言之就是节约能源，我国的建筑面积高达400亿平方米，但是，我国的建筑物在节能建设上不足4%，每年在建筑行业的能源消耗量惊人。随着建筑行业的发展，防火和节能问题再一次引起了人们的热议。从众多的专业报告中可以看出，在这两方面，我国超高层建筑存在的问题是：

3.1建筑物防火安全没有做到位

9.11事件除了让人们知道了和平的重要性之外，更让美国人开始思考，超高层建筑物的防火问题，从9.11事件的研究报告可以看出，导致那么多的美国人丧生的原因是五角大楼的钢结构惹的祸。和美国不同的是，我国的建筑物结构采用的是混凝土结构，和钢结构相比，混凝土结构的建筑物的承受力更高，在大火的燃烧下，整体结构不容易变形，而9.11惨剧的发生，很大一部分原因就是钢结构在大红燃烧之下，变形导致整个大楼的坍塌，最终，惨剧发生。所以，现代化的超高层建筑的防火显得尤为重要，虽然，我国的混凝土结构可以有效的防治建筑物的变形，但是，在建筑物内部的防火设施的配置上，防火通道的建设上都不完善，例如，很多高层建筑中，灭火工具非常少，很多还已经老化。在紧急出的逃生通道上，由于楼层过高，全靠楼梯逃生，不仅速度慢，而且更加危险，对于救援人员来说，解救工作十分困难，2010年上海静安区的火灾事件就是一个教训，火灾发生时，很多人都是因为没有时间逃生，才葬身火海，可见，加强高层建筑的防火安全有多么重要。

3.2节能发展缓慢

上面提到过，我国的建筑面积多大400亿平方米，但是在建筑物中节能建设却不足4%，这个数字提醒着我们，我国每年消耗在建筑行业的能源数量之多，难以估计。建筑物盖得越高，能源的需求量就越大，怎样在能量供应充足的情况下，最大化的减少能源消耗被看做是我国建筑行业发展上的重大转折。而我国在节能建设上存在的问题是：首先，高层建筑的建筑材料的性能差，我国在建筑施工时，大多使用的是传统的建筑材料，传统的建筑材料在保温，防水等方面的效果否不是太理想。其次，一般超高层建筑中有大量的照明，电梯等设施，因此，如何减少设施消耗的能源也是一个亟待解决的问题。

4如何建设安全科学的超高层建筑

4.1转变传统的观念

如何实现安全科学的建设理念，我想，首先要做的就是转变传统的观念，我们要明确，高层建筑乃至超高层建筑其建设的目的是解决居住问题，在有限的空间中合理实现最大化的利用，而不是仅仅为了炫耀，所以，在土地情况处在可以控制的范围内时，可以适当的放缓超高层建筑的建设脚步。

4.2重视超高层建筑的防火

百姓的生命和财产安全是关系到社会民生的重大问题，因此，必须高度重视防火安全。除了在建筑物内设置灭火设施以外，对于超高层建筑来说，如何在火灾中迅速逃生是重中之重，以往的防火观念是，发生火灾时，是不能走电梯的，但是，如果在超高层建筑中完全凭借楼梯，是非常不现实的，所以，设计出在火灾中也可以乘坐的电梯是未来超高层建筑的一个发展趋势。

4.3利用节能理念发展超高层建筑的建设

首先，更多的选用新型的节能材料来完成施工建设。其次，增加建筑物维护结构的厚度，较少热能的流失，这是我国建筑物普遍存在的问题，和西方国家相比，我国建筑物的围护结构的厚度在80mm-90mm，比西方国家的围护结构的厚度少了160mm之多，所以，输送至建筑物中的热量，有很大一部分流散到建筑物外，造成了极大的浪费。最后，重视高层建筑物的节能设计的研究，力求为今后的高层建筑的发展提供理论支持。

4.4致力于建设舒适安全的超高层建筑

居民建筑物建设的目的是为了给居民提供一个安全的居所，所以，未来，我国的超高层建筑同样要秉承这种建筑理念，我们不能只注重建筑物的外表，更应该关注建筑物自身的性能。“能住”和“住好”是两个不同的概念，随着时代的发展，人们更加关注高层建筑物的安全和舒适的性能，只有在一个安全舒适的环境中居住，人们才能更加的放心，社会才能和谐发展。

当前，我国的超高层建筑在发展中仍然存在很多问题，但是这不妨碍我们去勾画美好的蓝图，因为，我们相信，在不远的将来，一定会实现安全舒适的居住梦想。

参考文献：

[1]李洋;;超限高层建筑给排水系统设计的特点[J];给水排水;2010年01期

超高层住宅设计篇（11）

《高层民用建筑设计防火规范》(以下简称《高规》)规定：商住楼即底部商业营业厅与住宅组成的高层建筑。对于多层建筑，《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)仍没有给出明确的规定，为了便于对此类建筑的具体分析，笔者借鉴《高规》，将底部商业营业厅与住宅组成的多层建筑归类为多层商住楼。

1.1《建规》规定：9层及9层以下的居住建筑(包括设置商业服务网点的居住建筑)适用于《建规》。商业服务网点即居住建筑的首层或首层及二层设置的百货店、副食店、粮店、邮政所、储蓄所、理发店等小型营业性用房。该用房建筑面积不超过300m2。也就是说9层及9层以下的设置商业服务网点的商住楼，定性为居住建筑，消防设计适用于《建规》对于居住建筑的要求。

1.2对于底部商业部分层数超过二层或面积超过300m2，上部为住宅的商住楼，如果其层数为9层及9层以下且其建筑高度

1.3对于底部商业部分层数超过二层或面积超过300m2，上部为住宅的商住楼，如果其层数为9层及9层以下，但由于商业部分层高较大，使其建筑整体高度≥24m，从火灾的危险性及扑救难度上，笔者认为此类建筑应定性为高层，适用于《高规》的规定。

1.4对于底部商业部分层数超过二层或面积超过300m2，上部为住宅的商住楼，其层数为10层以上(包括10层)，则此类建筑应适用于《高规》的规定。

2　安全疏散消防设计要点

商业服务网点应采用耐火极限不低于1.50h的楼板和耐火极限不低于2.00h且无门窗洞口的隔墙与居住部分及其他用房完全分隔，其安全出口、疏散楼梯与居住部分的安全出口、疏散楼梯分别独立设置。

2.1住宅部分的疏散设计

住宅部分疏散楼梯及楼梯间的消防设计是由住宅部分的层数、面积、布置方式等来判定的。

2.1.1对于底层设置商业服务网点的住宅楼，住宅部分的层数是该建筑的总层数。如一商住楼底部为二层的商业服务网点，上部设置五层单元式住宅，且住宅部分每层面积小于650m2，任一户的户门至安全出口的距离小于15米。安全出口的个数依据《建规》第5.3.11的规定，住宅部分可设置一个独立的与商业网点完全分隔的安全出口。疏散楼梯的形式，该住宅楼建筑总层数为7层，应设置封闭楼梯间或要求户门和通向疏散走道、楼梯间的门、窗都设置为乙级防火门、窗。

2.1.2对于底部商业部分层数超过二层或面积超过300meq，上部为住宅的商住楼，其层数又怎样判定呢?依据《住宅设计规范》，普通住宅层高宜为2.80m，那么商住楼中底部商业可按3m一层换算成纯住宅层数，然后再与上部住宅部分层数叠加即可。如底部设置了三层商业用房，每层商业用房的最大面积为1000m2，每层层高为4.2m，上部设置了4层住宅且其建筑总高度小于24m，其层数应为：4.2*3／3+4＝8.2即9层，层数确定后，再依据《建规》第5.3.11条的规定住宅部分应设置一步疏散楼梯且应为封闭楼梯间。

2.2商业部分的疏散设计

2.2.1对于商业服务网点可只设置一个独立的楼梯。楼梯的宽度不得小于1.1m，如采用钢质楼梯，则必须进行防火处理，使其耐火极限达到规范要求的1.00h。

2.2.2对于商业部分层数超过二层，面积超过300m2，则其商业部分疏散楼梯的个数应依据《建规》第5.3.2规定执行。楼梯间的形式应依据《建规》第5.3.5条规定执行。如一商住楼，底部商业为三层，左侧为每层建筑面积为400m2的幼儿园，中间为每层建筑面积为1000m2的超市，右侧为每层建筑面积为400m2的英语培训学校。依据《建规》第5.3.2及5.3.5条的规定，幼儿园应设置两部疏散楼梯且为封闭楼梯间，楼梯的门应为乙级防火门；超市也应设置两部疏散楼梯且为封闭楼梯间，楼梯的门应为乙级防火门；培训学校侧只设置一部疏散楼梯普通楼梯间即可。

3　消防设施设计要点

3.1《建规》第8.3.1.5条规定：超过7层的住宅应设置室内消火栓，当确有困难时，可只设置干式消防竖管和不带消火栓箱的DN65的室内消火栓。消防竖管的直径不应小于DN65。也就是说，超过7层的底层设置商业服务网点的住宅楼，应自底层商业至上部住宅均设置室内消火栓。笔者认为，由于商业网点的层数少，面积小，所以商业网点处不必每层都要设置消火栓，只需在每个网点一层外墙设置一具室内消火栓即可，消防管网由室内引出且做好室内消火栓及与之连接管网的保温措施。但是设置商业服务网点的住宅楼又不完全等同于纯住宅，商业网点处用途复杂，可燃物较多，火灾危险性较大，火灾蔓延速度较快，所以商住楼不适用干式消防竖管，应尽量采用湿式消火栓系统，这样才能够及时有效的控制初起火灾。