论高层住宅结构设计中应优化的几个方面

曲秀丽

(山西鸿泰达建设工程项目管理有限公司，山西太原 030013)

高层住宅作为人多地少、高地价的产物，经过多年的发展仍有较大的市场空间。因为高层住宅节约了土地，住宅交通方便、绿化面积大，还在一定程度上控制了城市规模的扩大，所以说高层住宅的发展，提供了解决住房问题的一种有效途径，满足了人们日益增长的住房需求。但目前高层住宅结构的设计，存在着过于保守、不能充分利用资源等问题，这就需要我们在总结结构设计经验的基础上，依靠科学技术对设计进行优化。

1 高层住宅结构的设计

目前，高层住宅的结构设计既注重安全，又追求绿色环保、高效益。所以应制订出合理的结构设计，使高层结构能承受各方面的压力，减少地震等灾害的影响。下面对高层住宅的结构设计进行简单介绍。

1)高层住宅平面结构的设计。

高层住宅的平面结构设计必须要考虑受力和传力问题，结构尽量简单、规则，以实现受力均匀，减轻震灾的影响。a.为保证平面有足够的刚度，平面的长度不能过大，而楼板的宽度必须保证，以在平面凹入后，楼板的配筋得以加强。同时为了应对楼板削弱后产生的过大应力，在平面的端部角区和凹角部位不宜设电梯，但从功能上考虑建筑的布置，电梯可以用剪力墙筒体在上述部位进行设置。b.高层住宅的结构设置沉降缝或者伸缩缝等，可以衍生独立的结构单元。如果这些结构单元的平面形状不规则、刚度不对称，那么建筑物在地震中就容易受到破坏。所以在高层住宅的平面设计中，应采用精细的内力分析法，解决出现的刚度偏心的问题。c.在进行复杂高层住宅的抗震设计时，对角部重叠部位和细腰形的平面部分，使用加厚的楼板加固。

2)高层住宅结构的竖直设计。

高层住宅结构的竖直设计，应使结构的刚度自上往下均匀降低，使结构的形状稳定。在具体的建设中保证混凝土强度不变，持续使用剪力墙结构等措施，使结构的构件在地震的作用下，仍具有良好的延性性能，从而增强建筑的抗震性。

3)高层住宅结构设计的控制参数。

结构设计中控制参数直接影响建设结构的安全性。因此，应选择合理的控制参数，以提高结构整体的控制率。设计中的参数包括轴压比、剪重比、刚重比、层间位移比、刚度比、周期比的处理等。其中，轴压比的限制可以通过提高楼层墙和增大柱截面的方法调整;层间位移角主要是限制结构的水平位移，避免位移的过大改变，影响结构的稳定性，可以通过增强墙、构件的刚度进行调整;刚度比主要是为了限制竖向结构的不规则性，避免结构突变形成脆弱层，当出现违反规范的情况时，可以通过适当加强或削弱本层墙、柱的刚度的方法进行调整。周期比主要限制控制结构的抗扭刚度，以减少扭转产生的不利影响，当出现不符合规范的抗扭刚度时，可以改变结构的布置进行调整。

4)高层住宅功用上的特点。

城市建筑可以说是时代的脉搏，亮丽的风景。特别是高层住宅的发展节约了土地，扩大了绿化面积，缩短了管道长度，在一定程度上减少了基础设施的投资。但随着城市的不断发展，高层住宅的建设也带来了越来越多的问题，如:交通拥挤、环境污染、地质下沉等。所以应严格按照高层建筑的受力特点进行结构设计，保证结构的刚度和延性。

2 高层住宅结构设计的现状和存在的问题

城市化进程的不断加快，造成城市的住房紧张，房价一路高升，迫使住宅由多层向高层发展，出现了钢筋混凝土框架结构的高层住宅。高层住宅建设经过几十年的快速发展，研制出了高强度的建筑材料，完善了抗震结构体系，创立了新的设计理论，尤其是计算机在结构设计中的应用，为高层建筑的安全设计提供了有力支持。1)高层住宅结构的现状。在高层住宅的建设过程中，逐渐形成了框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构。钢则是这种结构理想的建设材料，因为钢结构具有强度高、抗震性好的优点。但是全钢的结构造价高、耐火性差，这样造价低、承载力强、材料丰富的钢筋混凝土结构便应运而生，加之合理的结构设计，增强了建筑的抗震性能。当然，钢筋混凝土结构也存在着自重大、构件断面尺度大的问题。因此需根据钢和混凝土的特点，设计出更好的结构形式，以获得合理的经济效益和精良的技术。2)高层住宅结构设计中存在的问题。工程质量的好坏，尤其是住宅建筑的质量优劣直接影响人们的生命安全。结构的设计对于建筑的安全、经济来说至关重要。但在结构设计中还存在着一系列概念、方法上的差错，这些差错有的是没有理解设计方法;有的是设计人员不顾实际情况盲目套用别人的设计结果;有的则是没能建立正确的设计结果的验证体系。所以为保证建筑的质量，必须加强设计人员管理和提升设计结果的验收标准。

3 高层住宅结构设计优化及抗震结构优化的措施

伴随着房地产业的发展，与之相关的建材和建筑工艺也获得飞速发展，人们对住宅的安全性和审美性提出了更高的要求，目前随着高层住宅的发展，结构的抗震性成为设计的重要内容。下面对高层住宅的绿色环保和抗震性等方面进行分析以实现结构设计的优化。

1)高层住宅结构设计优化存在的问题及原因。

结构设计的优化通过将有限分析技术和优化技术相结合，实现了对结构尺寸和形状的控制。但在具体的应用中仍存在着结构优化与理论不一致的问题，原因主要有:目前高层住宅建设没有明确规定要使用优化设计;建筑的设计和管理体制使设计人员缺乏对结构进行优化设计的动力;传统的结构设计优化方法无法实现离散变量优化，因为建筑尺寸的大小、型钢的型号变化都不是有规律的，不合理的分析反而会使工程的计算量急剧增加。

2)高层住宅结构优化设计的理念。

随着全球气候变暖、环境污染、生态破坏等问题的出现，“绿色建筑”应运而生。“绿色建筑”是人类实现与自然和谐共处，享受高效、舒适生活空间的有效途径，还可以实现资源节约，环境保护。它是在最大限度地保护生态平衡的基础上，充分利用自然资源进行建造的建筑，所以又称为生态建筑、节能环保建筑。经过结构设计的优化，建筑结构降低了对钢筋、混凝土等资源的使用量。这样既保护了环境又实现了资源的充分利用。

3)高层住宅抗震结构设计的原则。

合理的结构形式对于增强高层住宅的抗震性有着重要作用，因为建筑物的结构会随着地震的发生而改变。要做到建筑结构具有很强的抗震性能，需要高层住宅的设计人员根据建筑类型和地震的级别选择不同的结构类型。所以在对高层住宅的结构进行抗震设计时，首先应综合考虑建筑的性能，如:稳定性、承载能力、延性、刚性，对于建筑的结构比较薄弱的部位应加强抗震措施。同时在进行抗震设计时，应设多重防线，从而使高层住宅形成完整的抗震体系，达到良好的抗震效果。并且在处理建筑的结构关系时，应该有足够的韧性，从而提高建筑的抗震能力和延性。

4)高层住宅的抗震结构中应重视的规则性。

在高层建筑结构的抗震设计中应重视的规则主要有:建筑主体的抗侧力应沿着竖向结构均匀变化，强震区的高层住宅对于这种建设规则要严格执行，以避免薄弱层的破坏影响整个结构;两个主轴在抗侧力结构中的方向变形特性与刚性应比较相近，这样两个主轴方向的刚度就会比较匀称，从而使住宅结构具有好的抗震与抗风能力;在主体抗侧力结构的平面中同一主轴方向的抗侧力的刚度应均匀，这能很好地增强高层住宅的抗震延性，相反如果刚度不均匀会造成应力的集中，从而破坏整体的结构。

5)高层住宅抗震结构设计优化的策略。

在建筑的结构设计中高层住宅的结构设计是最重要的内容，建筑结构设计的方案合理与否，关系着结构的经济和安全性能。抗震结构体系作为高层住宅抗震设计的重要内容，在设计中应根据住宅的规模及经济条件等因素进行综合考虑，这样不仅可以增强整个抗震体系的抗震能力，还能保证住宅设计的安全性。抗震结构体系的多层设计中，第一道防线不宜采用钢筋混凝土框架，以减少主体结构承受的能量及刚度的强度，以减轻建筑结构的破坏。

总之，高层住宅作为社会经济发展的产物，其建设要求既安全环保又效益显著。这样住宅结构的设计不仅要缩短设计周期，充分利用建筑材料的性能，还应把握高层住宅结构设计中存在的问题，对住宅结构的设计进行优化，加强结构的抗震性能，以改善人们的生活环境，减轻城市发展的压力。

[1] 张 欢，李长风.高层建筑结构抗震优化设计探讨[J].低温建筑技术，2011，33(1):48-51.

[2] 云传锋.高层住宅建筑结构设计优化[J].中国城市经济，2011(11):227.

[3] 贺 杨，张永胜.高层建筑结构设计优化[J].山西建筑，2012，38(5):34-35.