高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析

夏 敏

（山東華科規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 聊城 252000）

1 當(dāng)前高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

高層住宅的優(yōu)勢(shì)：1） 不濫用土地。2） 創(chuàng)造越來(lái)越優(yōu)越的生活。目前正值我國(guó)社會(huì)老齡化嚴(yán)重的困境之中，高層住宅內(nèi)的電梯方便老年人上下樓等。3） 創(chuàng)建良好的生存環(huán)境。高層住宅的住宅密度日漸變小，得房越來(lái)越容易，開發(fā)商能讓出更多土地并將之用來(lái)綠化小區(qū)部分面積，完美融合自然景觀和人工景觀、彼此對(duì)應(yīng)以及更好地搭配，使小區(qū)的生態(tài)環(huán)境層次得以極大化的提高。高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)的費(fèi)用比較低且便民，其結(jié)構(gòu)造型獨(dú)具風(fēng)格，整體性能比較好。但是，高層住宅存在劣勢(shì)，高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)自重大，構(gòu)件空間大、沒(méi)有良好的延性能、沒(méi)有好的抗裂性能、修復(fù)起來(lái)極慢、施工速度不快等。

2 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問(wèn)題

2.1 結(jié)構(gòu)體系不合理

目前，造成鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)體系不合理的主要原因是沒(méi)有做好設(shè)計(jì)方案審計(jì)工作，設(shè)計(jì)方案與工程實(shí)際情況存在出入，同時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員與管理人員沒(méi)有運(yùn)用科學(xué)、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬，更多的是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是否合理，導(dǎo)致鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)體系不合理。

2.2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不科學(xué)

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不科學(xué)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①基礎(chǔ)類型選擇不合理，建筑物沉降不均勻，甚至導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)傾斜；②基礎(chǔ)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，較大的地基斜面坡坡度會(huì)對(duì)地基混凝土的振搗質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，降低地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；③地下室底板配筋不合理，影響高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致建筑物的不均勻沉降問(wèn)題嚴(yán)重；④部分設(shè)計(jì)人員忽視了地下水位對(duì)地基穩(wěn)定性和耐久性的影響。如果建筑物的地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，則必然會(huì)影響鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。

3 高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和優(yōu)化建議

3.1 高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

高層住宅需要在生命周期中擔(dān)負(fù)橫線與縱向的雙向負(fù)載，而高層住宅的質(zhì)量以及功能嚴(yán)重遭受混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，為此，高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中極易產(chǎn)生錯(cuò)誤的主體內(nèi)容容不得忽視，為使高層住宅的安全問(wèn)題得到保障，應(yīng)采取如下措施：1） 擇取最佳的結(jié)構(gòu)形式。在構(gòu)設(shè)高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)方案的過(guò)程中，需按照真實(shí)情況合理地選用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。日前，其結(jié)構(gòu)集中以框架、框剪、剪力墻和筒體等結(jié)構(gòu)為重，這些結(jié)構(gòu)按其自身的特征都極為適用，如著重適用于高度低于60m 的為框架結(jié)構(gòu)，通常主要適用于商品房或者高度低于120m 的住宅設(shè)計(jì)中的框剪結(jié)構(gòu)，特別適合用于超高層（高于150m） 或者摩天大樓中的筒體等結(jié)構(gòu)。2） 特別關(guān)注結(jié)構(gòu)的完整造型和布局。這強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)人員既要順應(yīng)結(jié)構(gòu)的適用性、安全性與美觀性意見，建筑設(shè)計(jì)者還須發(fā)揮個(gè)人專長(zhǎng)，大力改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的橫向與縱向布局要?jiǎng)?wù)，盡量不讓建筑局部發(fā)的改變或者減弱而形成薄弱部位，以使整體建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則勻稱和簡(jiǎn)易。3） 改善構(gòu)件截面。要求保證綜合結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，還須擇取成本性價(jià)比都極高的構(gòu)件截面，堅(jiān)決不能擇取極小的建筑構(gòu)件截面，否則會(huì)讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來(lái)越具有風(fēng)險(xiǎn)。4） 創(chuàng)建恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換層和沉降縫等。比較靠近的高層住宅物之間高度差距過(guò)于大會(huì)出現(xiàn)地基因超載而變形的漏洞，在這一情況下設(shè)計(jì)者需要按照詳細(xì)情況建立沉降縫。5） 合理設(shè)計(jì)地基與基礎(chǔ)。地基的設(shè)計(jì)必須要與施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、地理環(huán)境緊密地結(jié)合在一起。地基設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮基礎(chǔ)拉梁結(jié)構(gòu)，如通過(guò)增加基礎(chǔ)配筋促進(jìn)拉梁結(jié)構(gòu)與整個(gè)地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高。地下室設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以采用褥墊處理方法來(lái)提升地下室的穩(wěn)定性，防止地下室出現(xiàn)大面積裂縫。

3.2 優(yōu)化高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)方案的建議

在構(gòu)設(shè)高層鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，為使結(jié)構(gòu)受力性能的改進(jìn)得以實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性得以增強(qiáng)：1）選擇強(qiáng)度高的施工材料。高層住宅工程的整體質(zhì)量和成本直接受混凝土和鋼筋等施工原材料的質(zhì)量影響，若能合理使用部分強(qiáng)度高的施工材料，既有益于建筑構(gòu)件的改進(jìn)，又非常便于建筑結(jié)構(gòu)的整體重量的減輕，還能夠大幅度縮小構(gòu)件大小，盡量不讓材料用量與施工成本出現(xiàn)不必要的浪費(fèi)。2） 使抗彎結(jié)構(gòu)體系能夠得到真正的擴(kuò)寬。加寬能有效增大抵抗力臂，減小抗傾覆力。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)有效擴(kuò)寬抗彎結(jié)構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強(qiáng)度。3） 優(yōu)化住宅結(jié)構(gòu)平面。高層住宅的整體性能直接受住宅結(jié)構(gòu)平面的質(zhì)量影響。通常來(lái)講，住宅結(jié)構(gòu)平面形狀的規(guī)則性、簡(jiǎn)單性與對(duì)稱性的維持，既能簡(jiǎn)化對(duì)應(yīng)的每類指標(biāo)校核與檢驗(yàn)，又能夠均勻分布住宅結(jié)構(gòu)所擔(dān)負(fù)的承載力與剛度等荷載，進(jìn)而使住宅結(jié)構(gòu)的每一項(xiàng)功能得到更好的發(fā)揮。4） 選用的倒塌機(jī)制要更加有益。在高層住宅結(jié)構(gòu)產(chǎn)生某一類的塑性鉸后，全部的結(jié)構(gòu)會(huì)改成機(jī)構(gòu)，然而，機(jī)構(gòu)很難穩(wěn)固地支撐住外荷載作用，從而不具備擔(dān)負(fù)能力，最終只能出現(xiàn)可持續(xù)變形，較為嚴(yán)重時(shí)還會(huì)崩塌。

總之，在高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者務(wù)必要遵循結(jié)構(gòu)概念構(gòu)設(shè)的規(guī)則，同建筑專業(yè)以及與之聯(lián)系的專業(yè)理論知識(shí)、有關(guān)真實(shí)住宅經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，采用多元的方式，保證有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)的延性、剛度與強(qiáng)度等性能，進(jìn)而使高層住宅的穩(wěn)定性和安全性得到持續(xù)提高。