高層住宅結構優化設計分析

李南

梅州市城市規劃設計院有限公司 廣東 梅州 514000

1 高層住宅結構優化設計

高層住宅結構優化設計是綜合性的工作，涉及對高層住宅結構優化設計的功能條款、質量標準的解讀，也涉及建筑風格的分析與確定。在進行高層住宅結構優化設計時必須從兩個方面著手，一方面關注整體結構的優化設計，另一方面關注局部結構的優化設計。對于高層住宅建筑規劃設計來說，整體結構設計要求在設計項目前期必須開展結構設計與優化布置工作，加強基礎結構設計優化方面思考，設計多套預案，對比選擇性價比最高、結構設計最優化的方案。而在局部結構設計中應熟練使用計算模塊策略，對局部結構、建筑圍護及外觀風格等進行優化設計與調整，確定高層住宅的結構設計最優化方案。在高層住宅結構優化設計中常常配合先進的設計技術，如BIM技術。

2 高層住宅結構優化設計的兩大基本要求

2.1 耐久安全性要求

在高層住宅結構優化設計中必須重點關注建筑的耐久安全性。當前住宅建筑商品化傾向明顯，其質量安全的關注必須是首位的，質量安全關注的重點是住宅本身的耐久安全性，在結構設計中也加大對耐久安全性的設計關注，具體到建筑自身的抗風、抗震能力，以結構的優化設計延長建筑使用壽命[1]，也滿足消費者對住宅建筑改造維修的需求。

2.2 經濟節能性要求

在高層住宅結構優化設計中，也應力求提升建筑的經濟節能水平。結合建筑的平面體型、建筑地點及層高要求，盡可能地選擇節能環保的結構體系和綠色節能材料等，基于低成本、高節能的設計導向，嚴格執行高層住宅結構設計的規范和要求，進行結構的優化設計，降低造價成本，也實現能源的合理利用，使得高層住宅在結構優化設計后更生態宜居。

3 建筑結構優化設計的主要方法

3.1 建構結構模型

高層住宅結構優化設計首先要建構結構模型，基于BIM技術進行3D建模，將影響高層住宅結構性能的所有因素考慮進去，進行結構參數的優化設計，對形成的設計目標要求和約束條件進行融合，細微動態調整，減少設計計算負荷。于數據庫中調取符合條件的鋼筋截面積和梁柱截面積參數，確保建筑結構設計的強度適宜、確保其截面參數合理，使得高層住宅整體架構合理、單元組建科學等。

3.2 進行結構測算

在建構結構模型后進行測算，建筑結構變化不規則[2]，設計對應的變量多，且非線性約束條件多，選擇合適的測算方式，進行約束條件的分解轉化，常用的測算方式有復合形法、拉式乘子法，設定最優的程序，按照程序要求進行設計，使得設計結果與實際情況更契合，出具最理想的結構設計方案。

4 高層住宅結構優化設計的主要舉措

4.1 加大耐久性設計關注

在高層住宅結構優化設計中應重點關注其耐久安全性設計要求，確保高層住宅建筑質量穩定。高層住宅建筑是綜合性的結構體，其受多種因素影響，特別是外界的影響因素，會影響到建筑的內部結構，縮短建筑的使用年限，影響人們的居住體驗[3]。在進行耐久安全性設計時需要充分考慮外界的各個影響因素，以科學、有效的控制防范舉措，優化建筑內部結構，在結構設計時分清主次，特別是基礎的混凝土結構的優化設計必須做到位。基于新版國標要求高層住宅建筑必須使用高強度等級的混凝土和高強鋼筋。以33層的高層住宅建筑為例，如果高度大于80m，剪力墻抗震等級應為三級，混凝土等級為C30-C45，而建筑高度小于80m，混凝土等級為C30-C40。地下室的混凝土等級為C35。

4.2 抗震性能結構設計

在高層住宅結構優化設計中也應關注其抗震性能的提升，基于抗震規范及深入現場的全面、詳細勘查數據，進行結構的優化設計。如果振型在3以上，振型數取值應為3的倍數。對于高層住宅設計來說，層數的增加，振型數的取值也要相應增大，目前，高層住宅建筑結構抗震設計對應的最小振型數不小于9。有取值下限，也有取值上限，在進行振型數的取值時并不是越大越好，也應確保其取值不得超過高層住宅建筑總層數的3倍。

4.3 經濟節能性的設計

出于成本考慮，在結構設計優化時也應著眼于其成本投入，通過結構的優化設計達到經濟節能的理想效果。在高層住宅結構設計中關注成本。具體到造價控制上，高層住宅對應的費用類型多，有框架結構材料的費用、施工的費用、基礎的物料費用等。當前就高層住宅來說，對其成本影響最大的是構筑件的截面積和鋼用量。基于經濟節能性的設計原則，可以在結構設計時優選高強度的鋼筋和混凝土，降低鋼用量，減少建設成本。如剪力墻結構設計時，考慮到大跨度對應的剪力墻較大的承重壓力[4]，會使用較多的鋼筋，材料浪費嚴重。而專業水平較高的設計人員通過對剪力墻的優化設計，可以將連梁設計為剛度與截面較小的弱連梁，減少鋼筋用量，且保證高層住宅的抗震性能。

5 結束語

高層住宅建設趨向越來越明顯，建筑結構設計也面臨著較大的挑戰，而結構設計新思路和新技術的問世也為建筑結構優化設計提供了支持。對于建筑結構設計人員來說，要想做好高層住宅的結構優化設計，必須掌握高層住宅結構特點，明確設計規范，基于對高層住宅結構設計的基本要求，多維思考、多管齊下，基于其耐久安全性、經濟節能性等要求，做好結構的優化設計，讓高層住宅建筑更符合人們多元的使用需求。