高层住宅结构设计选型与设计管理探究

冯远景

摘要：近年来经济和人口的不断增长造成了住房紧张，人均住宅面积在缩小，这给高层住宅建设带来一定的发展空间。目前在高层住宅结构设计管理中存在一些问题，在抗震、超高、沉降、嵌固端选取、楼层平面布置以及剪力墙的设计方面还有待加强，这些问题直接影响了高层建筑的质量，因此管理人员必须针对出现的问题采取有效的措施，加强高层住宅结构设计，提高高层建筑质量。

关键词：高层住宅;结构设计;设计选型;设计管理

一、高层住宅结构设计管理中存在的问题

（一）抗震问题

高层住宅结构设计管理中，抗震设计是一个极其重要的环节，抗震设计比较复杂，抗震设计的过程中，需要对相关的建筑材料、结构以及建筑群深入分析。由于我国地区分布广泛，有些地区处于火山地震带附近，抗震设计十分重要，同时也为抗震设计带来巨大的挑战。

因为有些地区并没有经历过比较严重的地震，所以设计人员在设计时并没有意识到抗震的重要性，又因为我国的资金与物资的影响，设计人员在有关抗震的结构设计中放低了要求，所以后期高层建筑出现各种问题。并且，有些开发商在利益的诱惑下不按照高层住宅结构设计的造价，私自降低了高层建筑的成本，所以会引发许多抗震问题。高层住宅是人们居住的重要场所，如果高层住宅结构设计出现了抗震问题，就会给人们的安全带来隐患。

（二）超高问题

高层住宅实际上是解决建筑用地面积，最大化开发建筑空间，对于不同的住宅设计，高层住宅设计在抗震方面更加严格，而且我国建筑规范中明确说明了高层住宅结构设计的高度问题，超过10层并且高度超过28米的为高层住宅，超过100米的为超高层住宅，并且高层住宅与超高层住宅在结构设计上也相差比较大。如果高层住宅超过了规定的标准，那么就需要按照超高层住宅的标准进行结构设计。

高层住宅结构设计中超高问题是比较常见的，主要是因为开发商对利益的要求高，所以没有严格按照高层住宅高度的标准，这种情况下，高层住宅结构设计的整体性、稳定性以及承重都会受到影响，并且还会影响高层建筑抗震性能，无法抵御外界的自然灾害，人们的生命财产安全也会受到影响。

（三）沉降问题

高层住宅出现沉降情况后，严重会导致高层住宅倒塌，轻则会导致高层建筑的结构整体出现下沉，出现沉降的原因主要有：

一、是因为地质条件引发，因为地质结构比较复杂，再加上地基设计不够合理，所以会造成基础斜面的坡度比较大，从而影响了地基的稳定性，或者是因为地基设计时没有将地质和地下水的情况了解清楚，所以后期高层住宅出现不均匀的沉降现象。

二、是因为高层住宅结构设计并不合理，所以随着高层住宅的高度不断增加导致高层住宅自重不断增加，所以高层住宅的各部位由于受力不均匀出现不均匀沉降现象。

（四）嵌固端设置问题

高层住宅嵌固端设置与高层住宅每一层之间的是否形成统一整体有着直接的影响，如果嵌固端设置不合理会影响高层住宅的安全性，导致安全事故的发生。高层住宅嵌固端设置出现的问题主要有：首先，嵌固端的合理性并不好。高层住宅的嵌固端一般位于地下室或人防结构顶板上，设置在这两个位置本身就存在极大的安全问题。一旦人防结构顶板出现问题就会影响高层住宅整体的稳定性和安全性。其次，对设计刚度的大小控制并不好，这是因为嵌固端上下层的刚度比例不合理，造成了抗震裂缝处理不当，从而使高层住宅结构出现安全问题。

（五）楼层平面布置问题

设计人员在高层住宅结构设计时，在进行结构构件布置过程中容易出现问题。如在设计建筑方案的过程中过于注重住宅内部房间的功能划分和使用的舒适度，导致结构抗侧力构件墙体与柱子在布置时不能对齐，使平面梁的布置不能形成一个统一的框架。從结构传力方面来说，平面布置并不是一个统一的结构，虽然可以利用计算机程序或者力学知识得出一个结果，但是结果与现实往往存在较大的差别，计算分析在结果设计中是非常重要的一部分。

构造设计和结构概念设计也是非常重要的部分，实际上结构概念设计和构造设计是对理论设计的补充，一部分设计人员只注重建筑舒适度，并没有重视结构安全问题，对结构的概念理解不清，所以产生了一些安全问题。

（六）剪力墙问题

剪力墙在高层住宅结构设计中也十分重要，在高层住宅中起着非常重要的作用，剪力墙可以提供良好的抗侧力。在高层住宅结构设计中楼梯间周围剪力墙的设计存在一些问题，因为楼梯间一侧的墙体没有和楼板连接，所以会对剪力墙分担整体力的作用造成不利影响。

在大多数的高层住宅中，很多设备的管径对墙体两侧的楼板都造成了比较大的限制，尤其是通风井的排放，这和设计人员在高层住宅结构中布置剪力墙的原因是不符的，这样会降低整体结构的抗侧力。并且在施工的过程中，有些施工单位为了缩短工期而加快高层住宅建筑的速度，这种情况对施工质量造成了不良影响，在泵送中使用商品混凝土时，施工人员会调整水泥和粗骨料的比例，适当增加水泥，减少粗骨料，这样的目的是增强结构收缩和混凝土的强度，使弹性模量增加，产生了比较大的约束拉应力，这就导致剪力墙出现了裂缝。

二、高层住宅结构设计管理的策略

（一）优化结构抗震设计

抗震设计在高层住宅结构设计中是非常重要的一部分，对于高层住宅的高度和宽度进行严格把控，在设计时应该将有关的一些规范或者标准作为依据，并且还要利用多种计算程序进行复核，设计人员也需要多了解一些抗震结构设计方面的知识，重视抗震结构设计，以保证人们的人身安全为出发点。尤其是对于一些容易发生地震灾害的地区，需要在高层住宅抗震结构设计中融入建筑隔震新技术，增强抗震性能。

例如，可以在建筑物底部与地基之间的位置增加适当的基础隔震材料，比如叠层橡胶支座、滚动滑动支座以及砂垫层。石墨垫层等缓冲材料，有利于减轻地震对高层住宅的冲击，使建筑物与地基之间有一定的位移距离，可以实现底层位移而上层不动的效果。因此，在抗震结构设计中采取基础隔震技术能够减小高层住宅的变形，提高了高层住宅的稳定性。

（二）优化高层建筑方案

为了避免高层住宅超高问题的发生，设计人员必须优化高层建筑方案。在高层建筑方案设计之前，设计人员必须要对施工周围环境以及现场进行仔细的分析观察，需要了解地下水的分布情况、地质的结构情况以及风雪荷载等情况，这样可以为建筑结构设计提供比较准确的数据，从而保证高层住宅设计符合建筑工程的要求和现场的实际情况。

并且在设计的过程中要严格按照我国建筑设计的标准开展高层住宅结构设计，最后再选择合适的设计方案，还需要验证方案的科学性、合理性，在各方面数据准确的情况下对设计方案进一步优化，避免出现设计方案与实际情况不符合的情况，尤其要注意超高问题。因此，设计人员在确保高层建筑符合标准的情况下，精确选取设计参数，为高层住宅施工提供重要的依据。

（三）合理选取地基方案

为了避免高层住宅沉降现象的发生，设计人员必须合理选取地基方案。在设计地基方案的过程中，设计人员要对施工现场的地质、地下水的情况了解清楚，然后再优化地基设计，这样能够很好的提高高层住宅结构的安全性和稳定性。在设计过程中，一般选择天然地基、防水板与锚杆组合的形式，并且要准确计算基础配筋量，能够增强基础结构的稳定性，从而避免因为承重性能差而造成高层住宅不均匀沉降。如果高层住宅没有地下室结构，可以选择褥垫方式设置不同持力层，从而提高地下室结构的承重性能和强度，能够有效避免地下室顶板因持力不足导致的裂缝，影响地基基础结构的整体性能。

与此同时，在设计过程中，设计人员要时刻检测地下水的分布情况，根据地下水的分布情况做好排水，有利于提高高层住宅整体结构的稳定性。对于一些地质比较复杂的地区，设计人员还需要考察施工现场的地质，并对地基的基础进行加固设计，从而增加土壤结构的稳定性，有利于保证地基基础能够承载整个建筑荷载。

（四）科学设置嵌固端

为了保证高层住宅结构的稳定性，设计人员需要科学设置嵌固端。设计人员在选取嵌固端的位置时，可以从有效埋深基础顶面和顶面两部分中选择。嵌固端选择的位置需要比地面高，并且应该保证嵌固端与埋深位置相同，同时控制嵌固端与室外地面的高度差。嵌固端选择的先决条件需要选择的位置具备比较高的强度和承载能力，这样可以避免注塑性铰下移。高层住宅地下室嵌固端位置可以选择地下室顶板上，并且顶板的厚度需要在16厘米左右，还要确保顶板具有比较好的抗弯刚度，地下室顶板的设计不能留下空洞，这样才可以保证顶板结构的整体性。

（五）平面布置时合理考虑结构概念

高层住宅建筑方案的设计应该保证理论与实际情况相近，设计人员在确定建筑方案时应该结合建筑方案的可行性以及优缺点。设计人员必须充分考虑结构设计抗震概念以及结构受力概念，并融入到建筑方案中，高层住宅的抗震性能与建筑结构有着一定的影响，任何建筑结构都必须将结构安全作为前提，这样才能保证高层住宅结构的安全。

（六）剪力墙设计

高层住宅在设计建筑结构时应该提前与建筑和设备专业做好沟通，避免对剪力墙造成影响，并让实际贴近于理论。所以设计人员应该对剪力墙灵活布置，突破传统布置的影响，从而保证整体结构的抗侧力与强度的要求。剪力墙的長度和宽度尺寸与厚度相差是比较大的，根据对设计的不同要求，使用的设计与厚度是不同的。可以增加楼板的厚度和楼板的配筋率，尽量把剪力墙设计成L型或T型，有利于强化剪力墙的作用。对于施工工期短、剪力墙混凝土强度高、剪力墙处于温差较大的环境的情况下，要提高墙体的配筋率，这就要优化剪力墙结构中的墙体配筋，需要选择比较优良的材料，其中钢筋材料是最重要的。

选择钢筋材料时要检查钢筋的各种合格证，这也是钢筋材料进入场前的检测工作，只有符合条案件的钢筋材料才能用于施工。剪力墙结构墙体配筋大都需要将垂直钢筋安置在其中，水平钢筋安置在外面，这是由于地底下的墙体配筋比其他部分多，而且地下水压和土压产生的压力比较强，这样有利于增强高层住宅结构的稳定性。

结束语：

综上所述，高层住宅结构设计管理是高层建筑的关键部分，管理人员做好高层住宅结构设计，面对高层住宅结构设计管理中出现的问题，管理人员需要优化结构抗震设计，优化高层建筑方案，合理设计地基，科学设计嵌固端，在平面设计时合理考虑结构概念，改进剪力墙设计，从这六个方面提高高层建筑的质量，有利于保证住户的人身安全。

参考文献：

[1]吴炜斌. 浅析现代高层住宅建筑结构选型与设计管控[J]. 四川水泥， 2020（12）：2.

[2]康庭豪， 王青琴， 张浩. 高层住宅混凝土结构优化设计分析[J]. 智能城市， 2020， 6（9）：2.

[3]余文韬. 高层住宅混凝土结构设计与优化分析[J]. 工程技术研究， 2020， 5（7）：2.

[4]刘伟. 高层建筑结构设计存在的问题及对策探讨[J]. 住宅与房地产， 2020， No.564（05）：67-67.

[5]郭俊锋， 吴映栋， 姚开明. 超限的高层住宅结构设计与抗震分析[J]. 低温建筑技术， 2020， 42（5）：4.

1983501186362