高层住宅建筑结构优化设计研究闫丽丽

高层住宅建筑结构优化设计研究闫丽丽

闫丽丽

身份证：37108219840327XXXX

摘要：住宅建筑对于我国特殊的国情来说，极具帮助。我国人口众多，土地资源不足，恰当的住宅设计可以最大限度地发挥土地利用价值，解决土地资源短缺问题。随着我国社会经济的进步，城市化进程正在加速，住房需求越来越多，因此，住宅建筑设计有着至关重要的地位。

关键词：高层住宅；建筑结构；优化设计

一、高层住宅建筑设计的注意事项

为了确保高层住宅满足抗震要求，在设计高层住宅建筑的时候，必须要有精确的计算，针对风荷载作用及发生地震时，建筑可能发生水平位移限值。除此之外，还要考虑到在有可能发生地震的时候建筑物的周期、弯矩、剪力等众多因素。当建筑的刚度小，会导致影响建筑物的使用性能，变形的可能性增加，同时如果住宅建筑的自振周期短，刚度又太大时，反而会影响到地震效应，它的效果会增加，引起建筑材料的过度使用，造成浪费。为了减轻地震作用的影响，总体指标控制中楼层的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。

为了便于后期的整改装修，需要考虑内部构件的延展性，在相关建筑法规规范的要求之内，可以把钢筋配置在主要结构内。同时高层住宅为了满足埋置深度的要求，通常会用桩筏法来建设地下室。能否合理的选择正确桩，直接影响着地下室设计的经济性。在确定选材之前，要进行多番比较，挑选出最经济合理的方案，筏板的厚度要考虑建筑物沉降等各种因素。为了防止在温度过高或过低时，筏板出现裂缝和收缩现象，后浇带设计法是最普遍效果最好的解决方法。但就是施工过程比较麻烦，一不留神后浇带就很容易漏水、裂开。后浇带设计是今后建筑行业需要努力优化改革的一个方面。

二、高层住宅建筑结构优化设计要点

1、结构体系与布置优化

（1）按照建筑的总体布局，高度等，在坚持经济性的原则上，选择合理的结构体系。比如，与普通框架相比，异形柱框架的用钢量较大，条件允许的条件下尽量使用前者；与普通剪力墙相比，短肢剪力墙的含钢量较大，条件允许的条件下应尽可能使用前者。

（2）在平立面的选择上，应该尽量选择规则性较好的平立面结构方案。避免严重不规则的平面布局，特别是出现凹陷或大孔的平立面结构，尽量不要选择，另外，控制平面的纵横比，合理设缝，使结构刚度的中心无限靠近建筑质心。竖向结构上，避免过大外挑或内收的出现，尽量不要选择有薄弱层、跃层和转换层的结构，最后，控制建筑的侧向刚度，使其沿着建筑高度方向均匀变化。

（3）在柱网尺寸的选择上，应选均匀、合理，使得各个结构构件受力合理，减少用钢量。

（4）剪力墙优化。在满足设计规范，以及结构验算合理的情况下，尽量减少剪力墙的数量，限制墙肢长度，控制连梁刚度，尽量选择大开间布置。剪力墙的厚度只要能够满足轴压比的要求即可。如果连梁刚度过大，可以在梁中开水平缝，使其变成双梁，或者可以增大跨高比，降低连梁刚度。

2、材料利用优化

实施结构优化设计的目的，就是为了降低建筑成本，提高企业的经济利益，达到“低成本，高利润”的效果。在建筑结构中，材料作为构成建筑实物的重要部分，在结构优化设计中占据非常重要的地位。所以，设计人员要合理分析结构特性，根据建筑周边的环境，坚持就近取材，选择性能优良的建筑材料。在钢筋混凝土结构中，剪力墙是主要的受压构件，所以，应该选取抗压强度较高的混凝土，减小柱的截面面积，减小建筑自重，增加建筑室内的可利用空间。梁板是主要的受弯构件，所以，在钢筋的选择上应该尽量选择高强度的钢筋，减少钢筋的数量，另外，要协调使用混凝土与钢筋的强度，尽量发挥材料性能。

3、荷载优化

（1）荷载的输入关系到结构计算是否准确，关系着建筑含钢量以及其他材料的使用等等，所以，在荷载的取值上必须准确，满足设计规范的要求，做到不漏算、错算、多算。按照最新版本的荷载规范来确定荷载的值。对于某些特殊功能建筑物，荷载值应与甲方一起测算。

（2）当填充墙有大面积的开口，或者出现门窗，应该扣除该部分的重量。地面，楼面，屋顶，填充墙，隔墙，框架和线条上的静载荷值应根据施工实践和大样本详细计算。

4、构件配筋设计优化

（1）在施工图设计过程中，钢材含量主要通过部件的精制配筋设计来减少。主要通过钢筋级别的选择与钢筋数量的控制两个方面控制钢筋含量。

（2）新三级钢筋的强度比二级钢筋高20％，价格高出约6％，三级钢筋主要用作受力钢筋。在结构抗裂中，由于裂缝的出现与钢筋的等级没有必然的联系，但是与钢筋应力有关，不适合选择高强度的钢筋。构造钢筋的选择与最小配筋（箍）率相关。比如，梁的最小配筋率为max（0.2%，ρmin），当混凝土强度≥C30时，三级钢更经济。当混凝土强度小于C30时，二级钢更经济。

（3）在钢筋的使用上，三级钢与二级钢在外型上比较接近，在施工中很容易弄错，为了避免错用、错拿的现象出现，建议直径≥16mm的钢筋采用三级钢，直径为10mm~14mm的钢筋，采用一、二级钢筋。

5、剪力墙的优化设计

剪力墙必须在结构的两个主要方向上具有协调的刚度。应沿宽度方向增加墙壁数量，沿长度方向增设大洞口，使长边抗侧刚度满足要求。

当建筑物层数较多时，为了降低成本，可以沿着楼层高度逐渐降低混凝土强度，它可以充分发挥材料性能，同时有效地避免楼层刚度的突然变化。除了上述方法之外，墙厚逐步减小，减小墙肢也可以达到预定的效果。

除了一些特殊要求，剪力墙上的孔的布局通常应上下对齐，排列成列，以避免交错。与柱子一样，高宽比较大的细高墙也是受弯构件，其具有延性的损坏形式。在剪力墙优化设计时，可以通过开孔来缩短墙壁长度，使其成为细高墙。

6、梁板的优化设计

高层住宅建筑中的梁和板可优化性不高，并且其优化通常在局部优化、组件形式，计算算法和负载类型等方面。由于高层住宅建筑承受相对较小的载荷，上层结构通常使用普通梁和普通板。密肋楼盖通常适用于地下室顶板的结构。它一般分为两种类型，单向和双向密肋楼盖。过去，由于地下室顶板有大量的覆盖土壤，结构顶板通常由单向次梁楼盖代替。不同楼层根据不同的工作条件使用的算法也不同：线弹性法或塑性内力再分布法主要适用于普通单跨和连续跨；考虑塑性内力再分配分析方法一般用于计算住宅建筑中的一些结构构件；另一种方法称为塑性极限分析。对于高层住宅结构中的楼板，线弹性法用于计算项目就可以达到所需的要求，并且楼板通常相对规则，并且荷载不是太大，因此只需根据构造要求选择钢筋。

7、加强建筑结构体系的建设

一个良好的建筑结构体系的建立是一个建筑工程非常关键的一部分。因此，在实际的高层建筑工程施工过程中，建立一个完整的、有效地高层建筑基础结构体系能够在很大程度上避免一系列潜在的工程问题。在高层建筑的施工现场，高层建筑基础结构设计人员对建筑结构体系的变化的应对是十分灵活的，具有相当大的发展方向和发展空间。通常而言，如果建筑结构体系非常规范良好，对于高层建筑竖向压力的变化就可以很好的适应，但是在实际的情况中由于承重墙分布过于杂乱或者是其它问题的存在，必须加强对高层建筑结构体系的建立工作。

结束语

建筑设计直接关系到建筑物的质量，不管是针对造价来说还是最终的质量和安全性方面，结构选择是复杂的，为了做出合理的选择，必须考虑各种因素。不断创新，逐步形成建筑选材的服务体系。在建筑设计中，要充分把握各种尺度，结合当代人的喜好，全面考虑，尽可能满足人们的各种生活使用需求，只有这样才能设计出优美的建筑外部形态。有关人员应加强理论知识的研究以及钻研专业的知识，为我国的住宅建筑设计做出贡献。

参考文献：

[1]陈福民.住宅建筑设计中的问题与建议探讨[J].北方交通，2018（9）：58-60.

[2]丁勇.试论住宅建筑设计的现状及应对措施[J].交通建设与管理，2017（2）：72-73.