关于提高高层住宅结构科学性的几点思考

杨远东

(山西鸿泰达建设工程项目管理有限公司，山西太原 030013)

1 概述

近几年，随着房地产行业的迅速发展，高层住宅也越来越多，高层住宅结构的科学合理布置能够给居住者提供优质的建筑空间，使其享受到舒适、方便、安全的现代化生活，因此，通过采取现代化的综合手段，提高高层住宅结构科学性具有重要的现实意义，本文首先分析了高层住宅结构应用中存在的问题，对目前常用的高层住宅结构体系进行了系统的评价，最终提出了高层住宅结构选型应考虑的几点内容，为提高高层住宅结构科学性提供一定的参考。

2 高层住宅结构应用中存在的问题

目前，虽然大中型城市中已经开始大力建设高层建筑作为主要建筑形式，但其结构形式的选择还存在一些问题有待解决。主要如下:

1)现有规程中对异形柱框架结构建筑要求其高度不高于50 m，结构的抗震性也有待研究。

2)如果仅从钢筋及混凝土用量的角度进行分析，采用矩形柱建筑结构要比异形柱不论在用量还是经济性方面均更加具有优势，但矩形柱结构形式会造成柱面外凸，尤其对于居民楼会对室内空间造成影响，因此，在解决室内布置影响问题前其应用受到较大影响。

3)从经济角度看，高层住宅的造价要比多层住宅高，但随着城市用地趋于紧张，应采取综合手段来优先推广高层住宅，同时采取措施降低造价。

4)我国钢产量逐年提升，目前供给已达到饱和状态，能够将其应用于高层建筑中，不仅能够降低工程造价，同时也为钢提供新的销售途径。

5)塔式结构也是目前正在研究的一种高层住宅结构形式，但其结构形式易造成户间面积差异大、朝向、采光以及通风难以平衡等等问题，这使得建造的个别户型无人问津。另外，从整体形式上看，塔式建筑看似较为封闭，给人一种较为冷的感觉，上述缺点使得塔式结构难以大范围推广，而如果选用进深较大的塔式住宅形式，则会出现室外交往空间分散、琐碎，空间压抑的情形，不适合居住。

3 高层住宅结构体系评价

1)矩形柱框架结构体系。

矩形柱框架结构的承重主要是由框架梁和矩形柱组成的框架体系来承担，该结构形式同时能够承担水平荷载，其具有空间大、灵活性强以及便于使用的优点。其利用中的缺点在于住宅中的房间分隔具有一定的不规则性，从而造成矩形柱难以规则布置，同时，为了提高建筑的抗压及稳定性，会增大柱子的厚度，造成柱子的厚度有时会大于墙的厚度，影响了房间的美观和家具等的布置;从受力角度分析，矩形柱框架结构抗侧压能力差，在地震荷载影响下会容易出现破坏。

2)大开间剪力墙结构体系。

剪力墙结构最早是以小开间的形式出现的，但由于墙体较多，使得建筑结构的自重增大，从材料的经济性角度限制了建筑上的灵活使用，因此，大开间剪力墙结构应运而生，其符合以人为本的建筑理念，由于其墙体数量较少，使得混凝土及钢筋的用量也相应的降低，基础费用更低;由于其侧向刚度低使得房屋受地震影响的程度较轻;同时空间大，具有更好的灵活性及可变性，符合住宅的建筑要求。

3)短肢剪力墙结构体系。

为了弥补剪力墙结构刚度大，对地震反映敏感的缺点，在剪力墙结构的基础上，吸取了框架结构的特点，形成了短肢剪力墙结构体系，其墙肢截面高度与厚度比一般为5～8，肢宽长约1 m～2 m，形式较为灵活多样，短肢剪力墙结构仍属于剪力墙结构体系，但其各项技术经济指标均优于后者，目前在高层住宅中得到广泛采用。其具有以下特点:a.竖向构件可通过间隔墙布置，不会使构件与建筑功能发生冲突，改善了矩形柱使用不便的缺点;b.墙的数量及肢的长短可根据需要确定，同时能够根据尺寸和布置方式来调整刚度中心的位置;c.选择方案多，布置灵活;d.墙间的连接梁能够置于墙内，不会对建筑美观造成影响;e.中心剪力墙作为主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求;f.由于采用轻质砌体结构代替剪力墙使得重量减轻，减小了结构整体刚度，在降低了工程造价的同时受地震影响较小。

4)异形柱框轻及框剪结构体系。

异形柱框轻住宅结构是采用钢筋混凝土形成的非矩形截面柱与矩形或T形截面梁组成的不露柱角的隐型框架进行承重，根据对建筑的不同要求，可采用轻质材体作为保温、隔热等的围护结构，从而形成了能够适合住宅建筑平面特点的异形截面柱框架轻墙节能住宅结构体系。该结构体系具有以下特点:a.能有效地解决建筑结构设计中的房屋超高超层问题;b.柱的设置可灵活多变，满足了居民对大开间建筑的需求;c.与砌体结构相比，该体系采用轻质墙体材料具有更小的自重，有利于结构抗震，降低基础造价;d.通过采用专门的隔音、隔热材料使得其相应的效果优于砌体结构，有效的改善了建筑物的物理特性;e.由于采用了轻质材料有效的降低了墙体厚度，增大了建筑面积，提高了投资收益。

异形柱框架—剪力墙结构能够更好的应用于高层建筑结构中，其抗风、抗震性能优良。

5)矩形柱框架—剪力墙结构体系。

矩形柱框架—剪力墙结构是通过在矩形柱框架结构中布置一定数量的剪力墙。该结构是目前高层住宅中应用较多的一种形式。其具有平面布置灵活，适用性强以及结构合理等特点，通过框架与剪力墙的有效结合能够使得结构的抗侧向力能力得到很好地发挥，具有较强的抗震能力。

6)配筋砌体结构。

配筋砌体结构是利用高强度的混凝土空心砌块、专用砂浆、注芯混凝土配套材料，根据设计要求分别在水平向和竖向配置受力钢筋和构造钢筋，而形成的承重结构，是一种在无筋砌体结构基础上发展起来的结构体系。具有以下优点:a.墙壁厚度降低;b.跨度增大;c.可以建造更高的墙，且承载力较高;d.墙中注芯混凝土能够有效提高隔音能力;e.提高耐火能力并改善传热性能;f.具有很高的抗拉和抗压强度，能有效地抵抗由地震、风、土压和大荷载产生的横向荷载;g.配筋砌体能满足多样化建筑结构造型的需要，且造价较低。

7)新型结构组合体系。

目前，在我国建筑结构中钢—混凝土组合结构体系的应用也日益广泛。考虑到我国钢产量已居世界前列，新型结构组合体系可采用钢预制混凝土楼板或压型钢板混凝土组合楼板构成，充分发挥钢材及混凝土两者的优点，不仅具有承载力高、延性好的特点，也能够有效提高结构的抗侧向力，解决了钢结构中存在的耐火性和耐腐蚀性问题，并降低了结构的造价;而与混凝土结构相比，可以大大减小构件截面尺寸;其次，楼屋盖体系使用预应力预制混凝土楼板或压型钢板混凝土组合楼板，一方面省去大量模板施工所造成的人工、材料浪费，促进了工艺的标准化，缩短了工期，另一方面能够增大楼板的跨度，能够满足现代化高层建筑的大空间、大跨度的要求。

4 高层住宅结构选型

通过上述分析可知，高层住宅结构具有较多种的形式，且各自有优缺点，在高层建筑中如何选择合适的结构形式是结构方案优化的核心内容，其不仅能够有效的提高结构的安全性、空间布局的合理性，同时也能够达到更好的投资收益，对于高层建筑的实施具有重要意义。目前，住宅结构的选型已经从依靠经验定性分析过渡到综合利用各种先进的技术分析手段进行定量分析的阶段。

1)高层住宅结构的选型方案评价需要考虑诸多因素，在确定最终目标方案后，应将目标因素细分为子因素，每个因素应列出具体、详细的备选方案，可通过层次分析法的方式对此进行分析。

2)高层建筑体系中，可以选择的结构方案如上节所述，在选择过程中，可采用数值分析软件对不同结构形式进行分析、对比，但由于形式的确定，不仅要涉及到结构的强度、刚度、抗震特性等可计算的内容，也会涉及到美学、社会效应以及经济方面的“软”因素，这也要求各专业包括建筑学、结构学、美学以及经济学等多学科的相互配合，在定量分析的基础上，借助专家系统，充分利用人类经验的宝贵财富，在选型中发挥更大的作用，为设计服务。

3)抗震设计是建筑物设计中重要的一环，在确定结构方案时，应综合考虑建筑物的高度、设防烈度、场地条件、地基基础、技术经济指标等因素。同时，在高层建筑中，风荷载的影响也不可忽视，抗侧向力的能力也是应该重点关注的内容。

在选择高层建筑结构体系时，应充分考虑建筑物的用途以及建筑物的高度，综合分析，选择最为合适的结构体系，经过科学合理的优化结构体系，使结构体系做到受力合理、经济实用、方便施工，从而达到既安全又具有良好经济效益的目的。

5 结语

高层住宅结构的合理选择对于高层建筑的良好发展具有重要意义，应不断的引入新的建筑体系，在获得好的建筑环境的同时减少建筑垃圾的产生，这不仅符合我国可持续发展战略，也必将是21世纪建筑业的一个新的增长点。

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