小議高層住宅結構優化設計策略

摘要：當前高層建筑隨著城市的發展和科學技術的進步而發展起來，在土地資源日益趨緊的今天，高層建筑有利于節約用地、解決住房緊張、減少市政基礎設施和美化城市空間環境。為了在日益激烈的設計市場競爭中求得生存與發展，為業主提供優質的設計產品，提高設計產品的經濟性，已成為每一個設計單位努力追求的目標。

關鍵詞：高層住宅;建筑;結構設計

1.高層住宅結構設計現狀

1.1住宅結構設計現狀

多層建筑和高層建筑橫向和豎向的結構體系設計基本原理是相同的，但是建筑高度越高，結構設計越復雜，這也是建筑界正在努力解決的問題之一。住宅結構越高，就要求有截面較大的柱子或者墻來承受豎向壓力，這對建筑材料的要求比較高。另外，住宅結構越高，水平力所產生的剪切變形和傾覆力矩就要大得多，而且水平荷載產生的響應并不是線性的，而是隨著高度增加而迅速增大。高層建筑與低層建筑結構有著很大差異，需要考慮的因素也很多，例如共振、扭轉、水平側向位移等。

1.2高層住宅結構設計影響因素

住宅越高，建筑結構的安全性就越來越要重視，設計中要考慮的因素也就增多，主要影響因素有水平荷載、側向位移、結構延性等。

（1）水平荷載。水平荷載包括風荷載和地震作用。一般來說，垂直方向的荷載只與樓房高度有關，但是水平方向的受力情況卻比較復雜。例如，風荷載的大小和建筑物所在地的地貌及周圍環境有關，與建筑物本身高度、形狀及表面狀況有關;地震作用同場地類別及本地區抗震設防烈度有關。所以水平荷載是影響住宅結構設計的主要因素。

（2）側向位移限制和舒適度要求。在正常使用條件下，高層住宅結構處于彈性狀態并且應有足夠的剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性和使用條件。過大的側向位移會使主體結構出現裂縫甚至破壞，會使結構產生附加內力，會使人不舒服影響正常使用。所以在設計的時候，要注意在水平荷載作用下的側移要控制在要求范圍之內。

（3）結構延性。高層住宅建筑在地震作用下允許結構某些部位進入屈服狀態，形成塑性鉸。這時結構進入彈塑性階段，結構可以通過塑性變形耗散地震能量，同時必須保證結構的承載能力，結構不能破壞，這種性能稱為結構延性。延性越好，抗震能力越強，要特別注意在構造上采取合適的措施，保證住宅的安全。

2.高層住宅結構設計優化

2.1選擇設計結構方案

進行高層住宅結構設計優化時，首先要進行結構方案的選擇。結構方案的好壞決定了結構設計的好壞，對于同一個建筑設計要求，其結構方案往往是不唯一的，但是不同的設計方案會影響工程質量和工程造價，在設計時，一定要選擇合理的結構設計方案。可以遵循以下原則。

首先，根據相關建筑規則的規定來完成結構設計方案總體要求，處理好結構與結構的相互關系，充分發揮結構的最佳受力狀態，是結構盡可能簡單明確，直接易懂，具有足夠的承載力，良好的延性和剛度。

其次，要保持結構的安全可靠。應該仔細考慮每一個構件，使各個構件能夠相互協調，發揮最大功能，保證設計目標水準，使結構既經濟又安全。

最后，要積極與建筑專業進行互動交流。結構設計者往往對建筑的材料不是很了解，在設計結構方案時，要與建筑師進行交流，聽取他們提出的建議，結構設計師要充分理解結構概念，真實客觀地進行設計，通過反復優化，修改，最后設計出造價最低并且質量最好的結構方案。

2.2設計優化

在進行高層住宅結構設計優化時，首先是要對建筑工程進行基礎設計，主要有結構承重體系設計，抗震縫的處理設計等，基礎設計完成后，就可以開始進行優化設計了，在優化設計時，要注意以下幾個方面：

（1）正確認識結構設計優化的重要性

現在房地產已經是一個大產業，人們對住宅要求也越來越高，而作為投資方，追求的是利益的最大化，進行住宅結構優化的設計，不但可以有效降低總成本，還可以使建筑結構更美觀安全，能經濟合理的節能降材，從而降低工程造價。高層住宅結構設計優化，首先要仔細閱讀建筑結構圖紙，綜合考慮各種因素的影響，經過反復優選等過程，達到設計優化目標，對原結構方案設計進行改進，合理進行構件布置，適當選擇構件尺寸等，做到精益求精，最后提出優化建議。

（2）設計方案優化

這部分是設計優化的重點，不僅要進行抗側力單元優化設計，還要進行框架結構優化設計。使設計符合抗震要求，在各項參數都符合規范要求的前提下，不斷進行優化設計，盡量減少剪力墻的數量和厚度，使結構兩個方向剛度接近兩個方向水平位移，達到最佳受力狀態。

在設計時，首先要進行結構分析，主要由豎向抗側力構件構成，包括剪力墻，筒體，框架等。主要分析他們的受力狀態，使構件充分利用起來。在進行計算分析時，不能盲目地依賴計算機，還要結合工程師的實際經驗，選擇合適的計算參數，經過多次計算比較，找到最佳參數值。要注意實際結構與計算模型的偏差，因為計算機在計算的過程中，需要對模型進行假定，而實際結構錯綜復雜，所以計算值與實際結構會有差異，在通過計算值來選擇結構時，要充分結合實際情況來分析。

其次進行框架結構優化主要是根據住宅結構平面，分析豎向荷載和水平載荷，核實實際情況，合理布置構件，選用合適材料，結合實際材料構造進行結構分析和內力分析，根據分析結果適當調整結構設計。

（3）地基處理的優化

高層住宅建筑更要注重地基的處理，否則將前功盡棄，在選擇地基時，要選擇地質條件不復雜，容易施工的地質，因為地質條件越復雜，地基處理造價越高，而選擇相對簡單的地質條件，不僅可以降低地基處理的成本，地基安全度也會增加，從而降低工程造價，提高工程性價比。

（4）進行建筑材料的優化

優化建筑材料目的就是花盡量少的錢，做到經濟安全、符合設計要求工程。這就要求在選擇建筑材料時，要合理利用材料性能，根據不同的需求來選擇不同的材料。實際上，因材料選擇不當造成浪費的情況很多，設計時，要充分考慮這些因素。

3.高層住宅結構設計技術性優化

3.1剪力墻的技術優化

設計剪力墻的關鍵在于連接設計，對剪力墻的技術優化，可以提高建筑的抗震作用，保證建筑安全。在滿足結構的剛度后，要從經濟和抗力等因素全面綜合的考慮，然后進行對抗側力的布置，對抗側力的布置不能純碎的增加剪力墻的數量。剪力墻配置要遵循著均勻的原則，分布在周邊，并根據水平位移的限值，盡量的保證最低量的剪力墻。

3.2結構耐久性技術優化

高層建筑的設計應該能在使用的期限內滿足居住用戶的要求，如果實際建筑沒有達到設計壽命，則主要因素為設計結構中建筑結構問題，建筑結構的不合理會降低房屋的可靠性和使用壽命，所以在高層住宅建筑結構設計時，要充分的優化設計，讓整體建筑結構符合要求，達到設計效果。

3.3結構設計中抗震性能的技術優化

在進行圖紙設計的時候，要根據抗震標準進行設計，高層住宅的振型數不可低于8，尤其是建筑的結構層數越多，就需要增加其建筑剛度，就需要更高標準的振型數，讓建筑擁有更好的抗震性能。

4.結語

總之，結構設計沒有絕對最佳的標準模式，只有通過不斷地探索、比較，去尋求相對的最優。因此我們每一個結構工程師應不斷地追求盡善盡美的設計思想，不只盲目照搬規范和依賴計算機程序作設計，用自己的結構設計概念、經驗、判斷力和創造力為業主和社會設計出更好的建筑。

參考文獻：

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