高层住宅结构设计优化初探

高层住宅结构设计优化初探

徐邦槐

广西富盟工程设计有限公司中泰路分公司

广西南宁 530023

摘要：高层住宅是我国城市化进程不断推进的产物，现如今，随着农村人口大量向城市流动，使得城市建筑物与日俱增，高层住宅是城市建设工程中的重要分支，是极其寻常的一种建筑模式。具有结构复杂、建筑高度高、施工难度大等特点，在设计阶段必须进行科学地规划与安排，优化高层住宅工程的结构设计，提高建筑工程的整体性能，有利于顺利地开展施工环节，推动建筑行业的健康发展。

关键词：高层住宅；结构设计；优化策略

引言

随着经济的不断快速发展，我国城市化进程的推进速度也在不断加快，对建筑物提出的建设要求越来越高。建筑行业虽然整体发展形势相对比较良好，但是由于当前我国土地资源已经处于非常紧张的状态，很多地区的土地资源已经逐渐呈现出供不应求的状态，对于现代建筑行业而言，为了能够有效应对这一客观因素带来的影响，逐渐将建筑建设方向的重点由多层住宅向高层住宅方面转变。高层住宅的兴起逐渐成为城市发展中非常重要的一部分，现代高层住宅在设计以及建造过程中，由于层数比较多，同时高度也比普通建筑物要高，所以必须要保证建筑物的结构具有非常良好的稳定性和安全性。这样不仅能够为高层住宅的质量提供保证，而且还能够减少对土地资源的大量消耗。

1高层住宅结构形式

高层住宅结构主要有以下几种形式：（1）框架结构形式。这一种结构，在空间布局上十分灵活，建筑内部空间比较大，底层空间的实用性比较强，而且在设计上操作较为便捷。但这种结构形式的不足之处在于框架柱的截面面积比较大，而且在柱位置会突出墙体，会影响高层住宅户型的实际使用面积，不利于提高高层住宅空间利用率，同时会影响住户的家具布置，降低住户的使用感受。（2）异形柱框架结构形式。这种结构设计与框架结构比较类似，异形柱的宽度和墙体的厚度保持一致，能够有效布置室内的空间布局，但其缺点在于其抗震性较差，适用高度低，不适用于高层住宅。（3）框架剪力墙结构形式。这一种结构多适用于高层住宅中，其竖向荷载主要由框架柱承担，因此能够随建筑功能要求灵活布置，便于实现大空间、大柱跨的建筑要求；水平荷载主要由剪力墙承担，同时剪力墙也承担一部分竖向荷载。通常在一些商业住宅，或是有商业空间要求的建筑中使用较好，其缺点在于框架柱截面较大，对住宅建筑的使用有较大的影响。（4）剪力墙结构形式。这一结构主要是根据建筑的平面布置，来合理布置钢筋混凝土剪力墙，由于其不存在外露柱子，能够提高室内空间的利用率，而且也较易满足住宅建筑的平面使用要求，但其不足之处在于剪力墙结构的刚度较大，对地震的反应比较强烈，而且剪力墙体自身较重，若是在设计上存在不合理之处，将会导致材料使用量的较大增加。（5）短肢剪力墙结构形式。这一结构属于剪力墙的一种，在布置上较为灵活，与剪力墙结构的功能性差不多，但是其适用范围有限，只有在非地震区，或是地震烈度不高的地区，才会有更好的经济性。

2高层住宅结构设计优化策略

2.1结构体系选择

目前，普通高层住宅常用的结构形式有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。框架结构是指由梁、柱组成框架来抵抗水平荷载和竖向荷载的结构形式。其特点是空间布置灵活可改造性大，结构自重轻，但也存在刚度较差、抗侧力能力弱等缺陷，对水平荷载承载力较低，所以普遍用于低烈度且对住宅品质要求不高的小高层结构。剪力墙结构是现在高层结构中最常使用的结构体系，指的是由抗侧刚度大的钢筋混凝土墙体承受全部水平荷载和竖向荷载的结构形式。其特点是结构体系刚度较大，空间整体性能较好，且呈现出良好的抗震性能，但剪力墙结构中的墙体不像框架结构填充墙可拆除，不能形成大空间，不利于用户后期使用功能改造。框架剪力墙结构的受力特点兼有框架及剪力墙结构体系的优点，即在剪力墙结构中布置一定数量的框架柱，这种结构布置及使用上比剪力墙结构灵活、方便，刚度及抗震能力上比框架结构有着明显的提升，但其抗侧刚度不如剪力墙结构体系，所以主要还是用于低烈度高层中。综合经济性及住宅的品质要求，6度、7度、8度区，高度≤80m建议采用剪力墙结构或少柱剪力墙结构；6度区，高度≤60m可采用框剪结构。

2.2合理结构布置

高层住宅在方案阶段往往为了迎合开发商的需求，刻意追求户型而忽视了结构的合理性，这样不仅增加结构造价，而且常常使局部构件受力集中，结构体系不合理。如下案例：某住宅为7度区（0.1g）、地震分组二组、二类场地、基本风压0.8kN/m²的32层高层住宅，方案阶段结构工程师为了满足建筑及规范的要求，布置剪力墙偏多且无法拉通，剪力墙的传递水平力效率低，结构布置不合理。在评审时与建筑师沟通，调整部分房间开间尺寸，使剪力墙尽量拉通，增加分户墙厚度，去除部分户内剪力墙。调整后的结构布置，传力途径清晰明确且建筑空间和功能没有被破坏，得到建筑师及业主的认可。

2.3控制结构超限问题

在设计高层住宅结构时，要重视概念设计，根据实际需求以及建筑物的功能要求，来选择合适的结构类型，按照规范要求来布置抗震构件，明确结构设计中的关键部位，把握其设计重难点，全面了解构造要求。在设计时，要注重结构的稳定性和安全性，要在保障住宅结构质量的前提下，选择经济效益较高的设计方案，并且还要确保所设计的结构建设方案符合实际要求，具有可行性。若是存在结构超限问题，将会影响整个工程质量，降低工程的经济性，因此在设计的时候要加强对超限项的控制，实施科学的设计措施来提高其经济效益。

2.4确保结构延性抗震能力

在科学合理的选择建筑结构之后，还需要通过一定程度的抗震措施为建筑结构具有的实际延性抗震能力做出保障，进而为建筑结构在大震、中震下实现抗震目标，系统的防震抗震能力保证下述几方面内容：①强柱弱梁。人为造成的增大柱会对量体产生较大的抗弯压力，使得钢筋混凝土构成的建筑框架处于大地震之下，梁端塑性出现较早。到达最高非线性位移时面对的塑性转动较低，完全不会发生该有的塑性铰。通过这样的方式来保证建筑框架能够具有更加平稳的塑性能耗能力和塑性耗能机构；②强剪弱弯。在处于剪切破坏的情况下基本不会产生延性，对柱端造成的剪切破坏依旧有可能造成结构的整体倒塌或者局部破坏。所以能够通过人为的方式保护结构性能不会发生剪切破坏的情况。

结语

在进行高层住宅结构设计的时候，应当从多方面来进行综合性考虑，不仅要突出高层住宅建筑的功能性，提高其实用性，为人们提供舒适而安全的居住空间，合理而灵活地布局空间，还要考虑到结构设计的经济性，需在不影响高层住宅结构质量的前提下，尽量选择经济性较高的结构设计方案，以此来提高高层住宅结构设计效益。要加强对高层住宅结构设计的把控，根据实际情况来设计图纸，确保结构的优化。

参考文献

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