高层住宅结构优化设计分析

李南

梅州市城市规划设计院有限公司 广东 梅州 514000

1 高层住宅结构优化设计

高层住宅结构优化设计是综合性的工作，涉及对高层住宅结构优化设计的功能条款、质量标准的解读，也涉及建筑风格的分析与确定。在进行高层住宅结构优化设计时必须从两个方面着手，一方面关注整体结构的优化设计，另一方面关注局部结构的优化设计。对于高层住宅建筑规划设计来说，整体结构设计要求在设计项目前期必须开展结构设计与优化布置工作，加强基础结构设计优化方面思考，设计多套预案，对比选择性价比最高、结构设计最优化的方案。而在局部结构设计中应熟练使用计算模块策略，对局部结构、建筑围护及外观风格等进行优化设计与调整，确定高层住宅的结构设计最优化方案。在高层住宅结构优化设计中常常配合先进的设计技术，如BIM技术。

2 高层住宅结构优化设计的两大基本要求

2.1 耐久安全性要求

在高层住宅结构优化设计中必须重点关注建筑的耐久安全性。当前住宅建筑商品化倾向明显，其质量安全的关注必须是首位的，质量安全关注的重点是住宅本身的耐久安全性，在结构设计中也加大对耐久安全性的设计关注，具体到建筑自身的抗风、抗震能力，以结构的优化设计延长建筑使用寿命[1]，也满足消费者对住宅建筑改造维修的需求。

2.2 经济节能性要求

在高层住宅结构优化设计中，也应力求提升建筑的经济节能水平。结合建筑的平面体型、建筑地点及层高要求，尽可能地选择节能环保的结构体系和绿色节能材料等，基于低成本、高节能的设计导向，严格执行高层住宅结构设计的规范和要求，进行结构的优化设计，降低造价成本，也实现能源的合理利用，使得高层住宅在结构优化设计后更生态宜居。

3 建筑结构优化设计的主要方法

3.1 建构结构模型

高层住宅结构优化设计首先要建构结构模型，基于BIM技术进行3D建模，将影响高层住宅结构性能的所有因素考虑进去，进行结构参数的优化设计，对形成的设计目标要求和约束条件进行融合，细微动态调整，减少设计计算负荷。于数据库中调取符合条件的钢筋截面积和梁柱截面积参数，确保建筑结构设计的强度适宜、确保其截面参数合理，使得高层住宅整体架构合理、单元组建科学等。

3.2 进行结构测算

在建构结构模型后进行测算，建筑结构变化不规则[2]，设计对应的变量多，且非线性约束条件多，选择合适的测算方式，进行约束条件的分解转化，常用的测算方式有复合形法、拉式乘子法，设定最优的程序，按照程序要求进行设计，使得设计结果与实际情况更契合，出具最理想的结构设计方案。

4 高层住宅结构优化设计的主要举措

4.1 加大耐久性设计关注

在高层住宅结构优化设计中应重点关注其耐久安全性设计要求，确保高层住宅建筑质量稳定。高层住宅建筑是综合性的结构体，其受多种因素影响，特别是外界的影响因素，会影响到建筑的内部结构，缩短建筑的使用年限，影响人们的居住体验[3]。在进行耐久安全性设计时需要充分考虑外界的各个影响因素，以科学、有效的控制防范举措，优化建筑内部结构，在结构设计时分清主次，特别是基础的混凝土结构的优化设计必须做到位。基于新版国标要求高层住宅建筑必须使用高强度等级的混凝土和高强钢筋。以33层的高层住宅建筑为例，如果高度大于80m，剪力墙抗震等级应为三级，混凝土等级为C30-C45，而建筑高度小于80m，混凝土等级为C30-C40。地下室的混凝土等级为C35。

4.2 抗震性能结构设计

在高层住宅结构优化设计中也应关注其抗震性能的提升，基于抗震规范及深入现场的全面、详细勘查数据，进行结构的优化设计。如果振型在3以上，振型数取值应为3的倍数。对于高层住宅设计来说，层数的增加，振型数的取值也要相应增大，目前，高层住宅建筑结构抗震设计对应的最小振型数不小于9。有取值下限，也有取值上限，在进行振型数的取值时并不是越大越好，也应确保其取值不得超过高层住宅建筑总层数的3倍。

4.3 经济节能性的设计

出于成本考虑，在结构设计优化时也应着眼于其成本投入，通过结构的优化设计达到经济节能的理想效果。在高层住宅结构设计中关注成本。具体到造价控制上，高层住宅对应的费用类型多，有框架结构材料的费用、施工的费用、基础的物料费用等。当前就高层住宅来说，对其成本影响最大的是构筑件的截面积和钢用量。基于经济节能性的设计原则，可以在结构设计时优选高强度的钢筋和混凝土，降低钢用量，减少建设成本。如剪力墙结构设计时，考虑到大跨度对应的剪力墙较大的承重压力[4]，会使用较多的钢筋，材料浪费严重。而专业水平较高的设计人员通过对剪力墙的优化设计，可以将连梁设计为刚度与截面较小的弱连梁，减少钢筋用量，且保证高层住宅的抗震性能。

5 结束语

高层住宅建设趋向越来越明显，建筑结构设计也面临着较大的挑战，而结构设计新思路和新技术的问世也为建筑结构优化设计提供了支持。对于建筑结构设计人员来说，要想做好高层住宅的结构优化设计，必须掌握高层住宅结构特点，明确设计规范，基于对高层住宅结构设计的基本要求，多维思考、多管齐下，基于其耐久安全性、经济节能性等要求，做好结构的优化设计，让高层住宅建筑更符合人们多元的使用需求。