高層住宅結構設計的優化策略探討

高雪晶（云南工業技師學院，云南曲靖，655000）

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高層住宅結構設計的優化策略探討

高雪晶
（云南工業技師學院，云南曲靖，655000）

隨著城市化進程的加快，給城市發展帶來了動力，也帶來了壓力。壓力之一是對住宅的需求量逐年上升，土地資源越來越貴。為了減少土地資源的使用，就需要發展高層住宅。本文通過對高層住宅結構設計研究，總結出高層住宅結構設計的現狀及存在的問題，并針對結構設計問題，提出了高層住宅結構設計的優化策略，為建設安全、堅固的高層住宅提供依據。

高層住宅；結構設計；優化設計；策略

引言

隨著城市的不斷發展，城市人口越來越多，而土地資源則越來越緊缺， 高層建筑是城市化進程不斷深化的產物，有效地解決了城市中人口發展與土地資源緊缺的矛盾，有效的解決了住宅問題，極大的提高了市民的生活質量，具有較大的市場空間，是我國城市建設未來的發展方向。因此，高層住宅結構設計的優化越來重要，要積極總結高層住宅設計過程中出現的問題，在此基礎上依靠科學技術對高層建筑進行優化設計［1］。

1　高層住宅結構設計

高層住宅的結構設計過程中需要做到兩個方面，一是結構安全性；二是設計經濟性。這要求在進行高層建筑進行合理設計的同時，既要關系結構安全，又要關注生命安全，使用綠色環保的材料；同時還要保證施工效率，以獲得經濟效益。

1.1高層住宅平面結構設計

在高層住宅的平面結構設計中要考慮到建筑結構如何實現承受較大的壓力避免外力對高層建筑的整體結構造成影響。在高層住宅平面設計中要注意一下幾點：第一，保證結構的剛度，嚴格控制平面的長度，將長度控制在一定的范圍內，保證樓板的寬度。通過加強樓板的配筋，來承受樓板被削弱后產生較大的壓力。要考慮到電梯的位置，盡量布置在剪力墻的上部位置，避免在凹角部位和端部角區設置電梯，以確保電梯運行過程中的安全性［2］。第二，在設計過程中采用精細的內力設計法，要注意高層建筑的伸縮縫的結構設置，剛度偏心的問題，保證這些衍生出來的結構單元平面形狀的規則性和剛度的對稱性、避免建筑在地震中受到損害，影響到居住人員的生命健康。第三，在較為復雜的高層建筑設計時要注意對角部和細腰型平面部分的樓板加固問題，保證結構設計的安全性和有效性。

1.2高層住宅結構豎直設計

在高層住宅結構豎直設計中保持結構的穩定性是設計的重點，要保持建筑結構上部分具有較大的剛度，結構的剛度從下往上依次增高，而混凝土的強度保持不變，通過剪力墻的使用提高結構構件的穩定性，使高層建筑能夠承受較大的壓力，保持良好的延展性，提高建筑物的抗震能力。

1.3高層建筑結構設計控制參數

在高層建筑的結構設計中有效的控制參數，提高結構的整體控制率，對于建筑結構的安全性有著重要的影響。在高層建筑的結構設計中會應用到各種參數，如層間位移比、周期比、軸壓比、剛度比等多種參數。其中剛度比可以有效保持豎向結構的規則，減少脆弱層出現的概率［3］。這種參數主要應用于柱的剛度和本層墻的剛度調整上。周期比可以很好的調整結構的抗扭剛度，通過調整結構的布置來提高建筑的質量。層間位移角可以很好的避免位移的過大改變，保持結構的穩定性和安全性。

1.4高層住宅功用上的特點

城市高層建筑是城市發展的標志，側面反映了一個城市的發展水平。可以有效的節約土地資源，提高綠化面積，不僅可以提高經濟效益，還間接的提高社會效益，達到保護城市環境的效果。但是隨著高層建筑數量的增多，高層建筑的質量也參差不齊，在高層建筑過程中出現許多問題，如：地質下降、環境污染、建筑結構不穩定。所以高層住宅結構設計的優化十分必要。

2　高層住宅結構設計的現狀及存在的問題

隨著城市人口的不斷增加，城市住房緊缺問題十分嚴重，土地資源也十分珍貴。為了有效解決人口增加和土地資源緊缺的矛盾，環境住房緊張和房價高漲的問題。

2.1高層住宅結構設計的現狀

城市的高層建筑逐漸增多。傳統的高層建筑使用鋼筋混凝土為高層建筑的框架結構，這種結構本身會存在很少安全問題，使高層建筑的使用壽命遠低于多層建筑。而高層建筑經過幾十年的發展形成了具有較高強度的建筑材料，極大的提高了建筑的穩定性，為了更好的發揮這些新材料的作用，需要對高層建筑的結構進行科學合理的設計。在高層建筑長期發展過程中逐漸形成了框架簡體結構和巨型結構，而鋼材料由于本身的強度較高、抗震性好是框架簡體結構和巨型結構使用的理想材料。但是材料本身的成本比較高、耐火性比較差，這極大限制了鋼材料的使用，使鋼材料應用不是十分廣泛，而鋼筋混凝土結構以其成本比較低、材料的穩定性好、耐火性較強的優點被廣泛應用于高層建筑中，但是這種鋼筋混凝土結構本身的質量比較大、橫斷面的尺寸也比較大，給設計和安裝帶來了極大的困難。為了更好的發揮鋼筋混凝土結構的特點，需要設計出更加科學合理的結構，以避免安裝過程中遇到的一些問題，影響到施工的質量，以獲得合理的經濟效益［4］。

2.2高層住宅結構設計中存在的問題

建筑的質量是建筑施工過程中的核心，建筑的質量對居民生命和財產安全有著重要的影響。高層建筑對建筑質量的要求更好，在結構設計的某個環節出現問題都會產生嚴重的后果，因此，要做好對高層建筑的結構設計，以確保建筑的安全性，節約施工的成本、提高施工單位的經濟效益。

目前在高層住宅的設計中存在著許多問題。由于很多企業重視高層建筑的施工環節，忽視高層建筑的結構設計環節。使得設計人員對于高層建筑的設計環節產生了輕視的心理，在設計過程中不能結合工程的實際情況進行科學合理的設計，有的設計人員甚至盲目的套用別人的設計成果，忽視高層建筑的實際需要。在設計過程中沒有形成一套科學的結果驗證體系，影響到高層建筑結構設計的科學性。有的設計人員由于自身的專業水平不夠，在設計過程中會存在著一系列概念、方法上的差錯，這會給工程的施工帶來困難。針對目前高層建筑結構設計中存在的問題，加強設計人員的管理和設計結構的驗收十分必要［5］。

3　高層住宅結構設計的優化策略，以某高層樓盤為例

高層住宅可以通過土地利用方式對環境和居民產生影響，并充分利用地形和氣候條件，來充分發揮高層住宅的作用。在高層建筑的設計過程中要設計的結構體系及設計要點、設計優化措施、用鋼量及適用性等幾個方面，對抗震性能喝用鋼量進行對比。在可持續發展思想指導下積極探討高層住宅結構設計的優化策略，對高層建筑的發展有著重要的意義。

3.1某高層建筑的具體情況

某高層建筑位于6度區，2007年設計，2層33層的高層建筑主樓，通過實際測量該建筑的高度為95.8m。設有一層用做存儲設和汽車停放之用，主樓地面以上的一樓的高度為4.0m，作為商鋪。要將鋼量控制在60kg/m2以上，主樓首層的商鋪要求北部開敞，南部臨街開門，將電梯井筒設置在商鋪的右側，商鋪內部采用鋼筋混凝土剪力墻，采用框架—剪力墻結構，以保證墻體的承受能力和商家對于底部商鋪半敞開的要求。

3.2結構體系及設計要點

在建筑結構體系設計過程中要考慮到首層商鋪的功能和鋼量的制約，在遵循美學的原則下對建筑結構的邊角和剪力墻的位置進行合理布置，最終形成適合高層建筑結構特點的框架—剪力墻結構體系。具體設計如圖1所示。

圖1　主樓標準層結構示意圖

在高層建筑結構體系的設計中，墻體的設計是其中的重點，在此高層建筑的設計中，為了提高墻體的抗側和抗扭剛度采用剪力墻大開間周邊的布置，在1層到6層的剪力墻墻體的厚度為300mm，而5層以上減至250mm，通過計算確定傾覆力矩，一般按照要求需要使底部的傾覆力矩的X向地震和Y向地震的百分比，在6層以下采用C55混凝土，混凝土的比例在6層以上按照計算的比例依次降低。有效地控制中柱的軸壓比和底柱截面尺寸，底柱尺寸從1層向上依次減少，在600×600和800×800之間，按照一定的比例計算出每層具體的軸壓比和底柱截面尺寸，減少短柱加密箍柱段。

嚴格按照平面一般不規則結構為抗震規范，對高層建筑平面進行設計，考慮具體的各種實際情況，將建筑的平面設計成細腰形。為了避免使該建筑成為復雜超限高層結構，在設計過程中要考慮到控制結構的豎向及與其相關的一些平面不規則指標。并針對建筑剛度最為薄弱的樓的薄弱部位，設置135mm左右的厚樓板，以增強細腰部分的強度，提高高層建筑整體的安全性和穩定性。

3.3優化設計措施

在高層建筑的設計過程中要積極把握幾個重要的關鍵點，分別為剪力墻的延性設計、控制高層建筑施工過程中的用鋼量、控制建筑的軸壓比等，把握這幾個關鍵點對于提高高層建筑的穩定性和安全性有著重要的作用。在高層建筑剪力墻的延性設計中要注意控制剪力墻的墻肢長度和剛度。按照一定比例將長墻分割成門簾洞聯肢墻，并使用砌磚填砌弱連梁和窗臺，使剪力墻和聯梁出現與普通的剪力墻和連梁相比具有較好的延展性和抗壓能力，這種弱化的剪力墻和連梁對混凝土和鋼筋的用量也比較少，可以極大的節約建筑成本。

（1）用鋼量

在高層建筑的設計階段預計此建筑在施工完成之后用鋼量應該在55—60kg/m2之間，而實際工程完工之后經過統計得出實際用鋼量為50.30kg/ m2。這說明此次高層建筑的設計是科學的符合實際情況的，達到了預期的效果。

（2）適用性

為了進一步保障高層建筑的安全性，需要在地下一層地下車庫、主樓底部設置一定數量的剪力墻。需要通過各種數據分析采用適當的框架—剪力墻結構體系，保證在減少鋼筋用量的情況下，提高剪力墻的質量。

4　結束語

高層建筑的發展在一個側面反映了我國經濟的發展和城市化進程的加快。隨著高層建筑的增多，如何在保證施工效率的前提下，提高高層建筑的穩定性和安全性是目前各建筑企業面臨的主要問題。在建筑設計過程中要積極把握高層住宅結構設計的現狀及存在的問題，并針對高層住宅結構設計的現狀及存在的問題提出高層住宅結構設計的優化策略，最終保證高層住宅的穩定性和安全性。

［1］秦力.中高層住宅結構體系優化設計研究［D］.大連理工大學，2003.

［2］李茉.城市生態承載力下的超高層住宅優化設計策略［D］.廈門大學，2009.

［3］王鑫.高層住宅兼顧經濟性和使用效果的結構優化設計研究［D］.南昌大學，2014.

［4］李松.中高層住宅中的框架—剪力墻結構優化設計研究［D］.武漢理工大學，2006.

［5］曲秀麗.論高層住宅結構設計中應優化的幾個方面［J］.山西建筑，2013，21:46-47.

Discussion on Optimization Strategy of High Rise Residential Structure Design

Xuejing Gao
（Yunnan Qujing Yunnan Industrial Technician College， Qujing， Yunnan， 655000， China）

With the accelerated process of urbanization， the development of the city has brought the driving force， but also brought pressure. One of the pressure is the demand for housing is increasing year by year，land resources are becoming more and more expensive. In order to reduce the use of land resources， it is needed to develop high-rise residential. Through the high-rise residential structure design and research，summarizes the present situation of and the problems existing in the structure design of high-rise residential， and aiming at the problem of structure design， puts forward the strategies for the optimization of the structure design of high-rise residential， to provide a basis for construction safety， firmness of highrise residential.

High-rise Residential； Structural Design； Optimization Design； Strategy

高雪晶（1987-），女，云南曲靖人，現工作單位為云南工業技師學院，現有職稱二級實習指導教師。研究方向：高層及超高住宅結構設計。

TU1

A

2095-8412 （2016） 03-481-04