阐述高层住宅建筑结构设计

2014-10-21郭志钦

建筑遗产 2014年7期

郭志钦

摘要：高层住宅主体结构不仅承担自身的垂直荷载，还要承担风荷载和地震产生的水平荷载，随着建筑物高度的增加，垂直和水平荷载对结构的作用力就会增强，而增大了水平荷载产生的弯矩和剪力，直接影响到高层住宅结构的整体设计。因此，高层住宅建筑结构的设计是通过仔细计算、精心分析各项指标实现的，尤其是关于结构的荷载力和抗震结构的构造设计更为复杂化，以下从基础结构、结构分析计算、抗震构造设计等诸多方面对整体结构设计进行仔细研究和分析。

关键词：高层住宅；结构设计；结构抗震

1.高层住宅建筑结构设计的原则

1.1满足经济性要求。

宅作为商品，开发商为有利可图，要求投入少，经济效益好，购房者则要求房屋设计布局好，外观美，房价适中，质量上乘。因此，结构设计应根据房屋的建造地点、平立面体形、层数多少，在满足安全性、耐久性和舒适性要求的前提下采用经济合理的结构体系，在构件设计中应精打细算，严格执行规范构造要求，注意避免不必要的浪费。尤其在地基基础设计中更应该注意方案的经济比较，因为地基基础设计方案合理与否对房屋造价至关重要。

1.2满足安全性和耐久性要求。

住宅实行商品化后，应成为广大住户的耐用消费品，使用寿命长是区别于其他消费品的最大特点。因此，结构安全性和耐久性是住宅结构设计的最基本的要求。在结构体系的选择，材料的选用，都应该有利于抗风抗震，以及在使用寿命期间维修改造的可能性。

1.3满足舒适性要求。

住宅建筑设计应该为住户起居的舒适性要求提供条件，例如，多种户型，灵活分隔室内空间，人居的热、光、声的环境等要求，为此结构设计应较好地配合建筑和机电专业，尽可能在居住空间中避免露柱露梁的压抑感和采用隔音较差的分隔墙材料，使室内简洁明快，隔声较好，给居住者创造一个幽静舒适的环境。结构方案中还应考虑住户日后改变分隔空间的可能性，当采用剪力墙结构时，宜采用大开间布置。

2.小高层住宅的几种结构形式

近几年来，随着房地产行业的火爆，人们对住宅平面与空间的要求也越来越高，小高层建筑形式不断涌现。由于目前的高层住宅结构设计大多数是根据已经确定好的平面和竖向布置，先假定好构件尺寸，通过电算对个别超限的指标进行调整。很多时候都会产生不必要的浪费。另外，建筑的住宅布置有时候考虑立面造型和内部使用空间，会使结构产生一些不合理之处。例如结构的刚度偏心和扭转及平面不规则等，这些情况对结构受力及抗震均不利。因此我们在设计时必须强调概念设计，在平面布置和构造设计上使结构更趋合理，同时做到经济合理。小高层住宅结构形式也多种多样，主要有以下几种。

2.1框架结构

框架结构优点主要是结构布置灵活，具有较大的室内空间，尤其底层可以较大空间，使用较为方便。缺点是框架柱截面很大且突出墙体，直接影响到户型的实际使用面积及家具布置。且建筑平面布置需要十分规则。

3.2异形柱框架结构

异形柱框架结构特点类似于框架结构，且柱宽与墙厚相同。解决了室内空间使用的问题。缺点是此种结构形式太柔对抗震不利，房屋适用高度很低。

2.3框架剪力墙结构

框架剪力墙结构较多的用在高层结构中。外部框架结构主要承受竖向力，框架布置灵活。电梯井为剪力墙承受大部分水平荷载。此种结构形式比较适合于商业和商住等有大空间需求的建筑。缺点也是外露的框架柱会影响使用。

2.4剪力墙结构

剪力墙结构是根据建筑平面布置设置钢筋混凝土剪力墙，无外露柱子很好满足了建筑平面的使用要求。缺点是结构刚度大、自重大、地震反应大。建筑和结构布置不合理的话也会增加钢筋用量。

2.5短肢剪力墙结构

短肢剪力墙结构是一种剪力墙墙肢较短的特殊剪力墙结构，短肢剪力墙结构布置十分灵活，结构特点也和剪力墙结构类似。在非地震区和地震烈度较低的地方短肢剪力墙结构要更为经济。

3.高层住宅建筑结构设计的优化措施

3.1折减高层住宅建筑结构的周期性

高层住宅建筑在设计框架、顶盖等结构时，由于填充墙体的具体存在，导致实际中的结构表现出来的刚度比设计时候计算得到的刚度相差比较大，计算的周期同时也比实际的周期相差比较大。因此，结构剪力算出来偏小的时候，会造成房屋的一些结构产生不安全因素，所以应该适当把房屋结构设计时计算得到的进行折减，能够取得到显著的效果，但是高层住宅建筑的框架结构，不能折剪计算得到的周期。

3.2对剪力墙的设计要加强

剪力墙的设计关键是连梁设计。联肢墙是连梁把各墙肢进行联结组成，增大了约束墙肢的刚度。连梁刚度被增大导致结构地震作用同时增大，也增大了连梁与墙肢的分配内力，这种情况下只能把构件配筋量增大，这样的设计结果明显在很大程度上浪费了材料。所以，高层住宅建筑结构在设计的时候，不应该把具有大刚度的窗下墙当作连梁，而是要把连梁设计分为截面和小刚度的弱连梁。当然，满足了结构的刚度和变形的要求后，就要从经济的角度和抗力以及变形方面进行综合的考虑，合理进行抗侧力构件的布置。结构抗侧力的刚度随着剪力墙的数量增多而增大，但是相应的结构位移随之减小，抗侧力刚度变大的同时结构地震力也随之增大，非常不利于结构造价的控制。所以，剪力墙应该遵循周边分散、均匀等原则进行合理的布置，對水平位移的限值进行规范化，尽最大程度的把剪力墙的数量降到最低。

3.3高层住宅建筑结构耐久性设计的优化

高层住宅建筑结构耐久性的设计能够确保在高层使用后，在合理使用的寿命期限里，应该满足居住者的使用要求。但是在设计上很多都没有达到要求，其主要原因是对建筑结构的使用过程缺乏合理的考虑，可能遭受条件以及使用环境的影响最终导致房屋结构的损伤，造成房屋可靠度的指数降低。一般情况下，高层住宅建筑结构的设计，最理想的是能够做到造价低廉和节约材料，然而最近几年来，人们的生活水平得到很大的提高，对生活质量的要求越来越高，加上在实际的工程中，由于一些使用要求、技术指标等成为了设计中的主要矛盾时，设计方案就无法单纯的追求节省经济。因此，在高层住宅建筑结构的设计以优化为目标时，应该要正确了解掌握设计中关键性的问题，主次分明的对目标进行设计的优化，使之能够达到整体满意的效果。

3.4高层住宅建筑结构抗震性设计的优化

进行图纸的设计时，应该按抗震设防进行分类，抗震等级要依照具体的建筑高度、结构类型以国家颁布的《抗震规范》为标准进行确定。在建筑中可以不考虑地震震力的振型数据耦联扭转的计算；当振型数据>3时，要以3的整数倍进行计算，但是数据必须小于建筑物的层数；当建筑物的层数低于2层时，振型数可以采用建筑物的层数。但是在房屋结构不规则时，就要对扭耦联转进行考虑，高层住宅建筑的振型数不能低于8，建筑结构的层数多、刚度系数大，就应该多要振型数，才能达到更好的抗震效果。

3.5结构设计要注重细节的优化

在设计过程中，不仅要注重整体结构，也要注重局部构件。浇板设计可以把异形板细分成矩形板，能够使受力更加均匀，同时也防止发生拐角裂缝。在建筑底部的梁箍筋使用的配箍量相当较大，因此箍筋采用冷轧带肋的钢筋，不仅可以减少箍筋直径和肢数，还能节约工程造价。当高层住宅建筑的结构不规则纵向时，特别要仔细计算出最薄弱的位置加以优化。

4.结语

综上所述，高层住宅的建设中尚有许多需要设计人员去解决的问题。如设计更好的户型，创造更优雅的居住环境，降低成本等。笔者认为建筑设计师只要不断地创新，不断地提高与改进结构设计，不断地推广与宣传，才能做出一个优秀的结构设计方案。

参考文献：

[1]刘利峰.钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J].科技资讯，2010，（20）.

[2]陈颖.高层建筑结构优化设计分析[J].工程建设与设计，2010，（08）.

郭志钦