關(guān)于提高高層住宅結(jié)構(gòu)科學(xué)性的幾點思考

楊遠東

(山西鴻泰達建設(shè)工程項目管理有限公司，山西太原 030013)

1 概述

近幾年，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，高層住宅也越來越多，高層住宅結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理布置能夠給居住者提供優(yōu)質(zhì)的建筑空間，使其享受到舒適、方便、安全的現(xiàn)代化生活，因此，通過采取現(xiàn)代化的綜合手段，提高高層住宅結(jié)構(gòu)科學(xué)性具有重要的現(xiàn)實意義，本文首先分析了高層住宅結(jié)構(gòu)應(yīng)用中存在的問題，對目前常用的高層住宅結(jié)構(gòu)體系進行了系統(tǒng)的評價，最終提出了高層住宅結(jié)構(gòu)選型應(yīng)考慮的幾點內(nèi)容，為提高高層住宅結(jié)構(gòu)科學(xué)性提供一定的參考。

2 高層住宅結(jié)構(gòu)應(yīng)用中存在的問題

目前，雖然大中型城市中已經(jīng)開始大力建設(shè)高層建筑作為主要建筑形式，但其結(jié)構(gòu)形式的選擇還存在一些問題有待解決。主要如下:

1)現(xiàn)有規(guī)程中對異形柱框架結(jié)構(gòu)建筑要求其高度不高于50 m，結(jié)構(gòu)的抗震性也有待研究。

2)如果僅從鋼筋及混凝土用量的角度進行分析，采用矩形柱建筑結(jié)構(gòu)要比異形柱不論在用量還是經(jīng)濟性方面均更加具有優(yōu)勢，但矩形柱結(jié)構(gòu)形式會造成柱面外凸，尤其對于居民樓會對室內(nèi)空間造成影響，因此，在解決室內(nèi)布置影響問題前其應(yīng)用受到較大影響。

3)從經(jīng)濟角度看，高層住宅的造價要比多層住宅高，但隨著城市用地趨于緊張，應(yīng)采取綜合手段來優(yōu)先推廣高層住宅，同時采取措施降低造價。

4)我國鋼產(chǎn)量逐年提升，目前供給已達到飽和狀態(tài)，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于高層建筑中，不僅能夠降低工程造價，同時也為鋼提供新的銷售途徑。

5)塔式結(jié)構(gòu)也是目前正在研究的一種高層住宅結(jié)構(gòu)形式，但其結(jié)構(gòu)形式易造成戶間面積差異大、朝向、采光以及通風(fēng)難以平衡等等問題，這使得建造的個別戶型無人問津。另外，從整體形式上看，塔式建筑看似較為封閉，給人一種較為冷的感覺，上述缺點使得塔式結(jié)構(gòu)難以大范圍推廣，而如果選用進深較大的塔式住宅形式，則會出現(xiàn)室外交往空間分散、瑣碎，空間壓抑的情形，不適合居住。

3 高層住宅結(jié)構(gòu)體系評價

1)矩形柱框架結(jié)構(gòu)體系。

矩形柱框架結(jié)構(gòu)的承重主要是由框架梁和矩形柱組成的框架體系來承擔(dān)，該結(jié)構(gòu)形式同時能夠承擔(dān)水平荷載，其具有空間大、靈活性強以及便于使用的優(yōu)點。其利用中的缺點在于住宅中的房間分隔具有一定的不規(guī)則性，從而造成矩形柱難以規(guī)則布置，同時，為了提高建筑的抗壓及穩(wěn)定性，會增大柱子的厚度，造成柱子的厚度有時會大于墻的厚度，影響了房間的美觀和家具等的布置;從受力角度分析，矩形柱框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)壓能力差，在地震荷載影響下會容易出現(xiàn)破壞。

2)大開間剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

剪力墻結(jié)構(gòu)最早是以小開間的形式出現(xiàn)的，但由于墻體較多，使得建筑結(jié)構(gòu)的自重增大，從材料的經(jīng)濟性角度限制了建筑上的靈活使用，因此，大開間剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，其符合以人為本的建筑理念，由于其墻體數(shù)量較少，使得混凝土及鋼筋的用量也相應(yīng)的降低，基礎(chǔ)費用更低;由于其側(cè)向剛度低使得房屋受地震影響的程度較輕;同時空間大，具有更好的靈活性及可變性，符合住宅的建筑要求。

3)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

為了彌補剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大，對地震反映敏感的缺點，在剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，吸取了框架結(jié)構(gòu)的特點，形成了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其墻肢截面高度與厚度比一般為5～8，肢寬長約1 m～2 m，形式較為靈活多樣，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)仍屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系，但其各項技術(shù)經(jīng)濟指標均優(yōu)于后者，目前在高層住宅中得到廣泛采用。其具有以下特點:a.豎向構(gòu)件可通過間隔墻布置，不會使構(gòu)件與建筑功能發(fā)生沖突，改善了矩形柱使用不便的缺點;b.墻的數(shù)量及肢的長短可根據(jù)需要確定，同時能夠根據(jù)尺寸和布置方式來調(diào)整剛度中心的位置;c.選擇方案多，布置靈活;d.墻間的連接梁能夠置于墻內(nèi)，不會對建筑美觀造成影響;e.中心剪力墻作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強度要求;f.由于采用輕質(zhì)砌體結(jié)構(gòu)代替剪力墻使得重量減輕，減小了結(jié)構(gòu)整體剛度，在降低了工程造價的同時受地震影響較小。

4)異形柱框輕及框剪結(jié)構(gòu)體系。

異形柱框輕住宅結(jié)構(gòu)是采用鋼筋混凝土形成的非矩形截面柱與矩形或T形截面梁組成的不露柱角的隱型框架進行承重，根據(jù)對建筑的不同要求，可采用輕質(zhì)材體作為保溫、隔熱等的圍護結(jié)構(gòu)，從而形成了能夠適合住宅建筑平面特點的異形截面柱框架輕墻節(jié)能住宅結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)體系具有以下特點:a.能有效地解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的房屋超高超層問題;b.柱的設(shè)置可靈活多變，滿足了居民對大開間建筑的需求;c.與砌體結(jié)構(gòu)相比，該體系采用輕質(zhì)墻體材料具有更小的自重，有利于結(jié)構(gòu)抗震，降低基礎(chǔ)造價;d.通過采用專門的隔音、隔熱材料使得其相應(yīng)的效果優(yōu)于砌體結(jié)構(gòu)，有效的改善了建筑物的物理特性;e.由于采用了輕質(zhì)材料有效的降低了墻體厚度，增大了建筑面積，提高了投資收益。

異形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)能夠更好的應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中，其抗風(fēng)、抗震性能優(yōu)良。

5)矩形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

矩形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是通過在矩形柱框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻。該結(jié)構(gòu)是目前高層住宅中應(yīng)用較多的一種形式。其具有平面布置靈活，適用性強以及結(jié)構(gòu)合理等特點，通過框架與剪力墻的有效結(jié)合能夠使得結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向力能力得到很好地發(fā)揮，具有較強的抗震能力。

6)配筋砌體結(jié)構(gòu)。

配筋砌體結(jié)構(gòu)是利用高強度的混凝土空心砌塊、專用砂漿、注芯混凝土配套材料，根據(jù)設(shè)計要求分別在水平向和豎向配置受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋，而形成的承重結(jié)構(gòu)，是一種在無筋砌體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的結(jié)構(gòu)體系。具有以下優(yōu)點:a.墻壁厚度降低;b.跨度增大;c.可以建造更高的墻，且承載力較高;d.墻中注芯混凝土能夠有效提高隔音能力;e.提高耐火能力并改善傳熱性能;f.具有很高的抗拉和抗壓強度，能有效地抵抗由地震、風(fēng)、土壓和大荷載產(chǎn)生的橫向荷載;g.配筋砌體能滿足多樣化建筑結(jié)構(gòu)造型的需要，且造價較低。

7)新型結(jié)構(gòu)組合體系。

目前，在我國建筑結(jié)構(gòu)中鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用也日益廣泛。考慮到我國鋼產(chǎn)量已居世界前列，新型結(jié)構(gòu)組合體系可采用鋼預(yù)制混凝土樓板或壓型鋼板混凝土組合樓板構(gòu)成，充分發(fā)揮鋼材及混凝土兩者的優(yōu)點，不僅具有承載力高、延性好的特點，也能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向力，解決了鋼結(jié)構(gòu)中存在的耐火性和耐腐蝕性問題，并降低了結(jié)構(gòu)的造價;而與混凝土結(jié)構(gòu)相比，可以大大減小構(gòu)件截面尺寸;其次，樓屋蓋體系使用預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土樓板或壓型鋼板混凝土組合樓板，一方面省去大量模板施工所造成的人工、材料浪費，促進了工藝的標準化，縮短了工期，另一方面能夠增大樓板的跨度，能夠滿足現(xiàn)代化高層建筑的大空間、大跨度的要求。

4 高層住宅結(jié)構(gòu)選型

通過上述分析可知，高層住宅結(jié)構(gòu)具有較多種的形式，且各自有優(yōu)缺點，在高層建筑中如何選擇合適的結(jié)構(gòu)形式是結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化的核心內(nèi)容，其不僅能夠有效的提高結(jié)構(gòu)的安全性、空間布局的合理性，同時也能夠達到更好的投資收益，對于高層建筑的實施具有重要意義。目前，住宅結(jié)構(gòu)的選型已經(jīng)從依靠經(jīng)驗定性分析過渡到綜合利用各種先進的技術(shù)分析手段進行定量分析的階段。

1)高層住宅結(jié)構(gòu)的選型方案評價需要考慮諸多因素，在確定最終目標方案后，應(yīng)將目標因素細分為子因素，每個因素應(yīng)列出具體、詳細的備選方案，可通過層次分析法的方式對此進行分析。

2)高層建筑體系中，可以選擇的結(jié)構(gòu)方案如上節(jié)所述，在選擇過程中，可采用數(shù)值分析軟件對不同結(jié)構(gòu)形式進行分析、對比，但由于形式的確定，不僅要涉及到結(jié)構(gòu)的強度、剛度、抗震特性等可計算的內(nèi)容，也會涉及到美學(xué)、社會效應(yīng)以及經(jīng)濟方面的“軟”因素，這也要求各專業(yè)包括建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、美學(xué)以及經(jīng)濟學(xué)等多學(xué)科的相互配合，在定量分析的基礎(chǔ)上，借助專家系統(tǒng)，充分利用人類經(jīng)驗的寶貴財富，在選型中發(fā)揮更大的作用，為設(shè)計服務(wù)。

3)抗震設(shè)計是建筑物設(shè)計中重要的一環(huán)，在確定結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)綜合考慮建筑物的高度、設(shè)防烈度、場地條件、地基基礎(chǔ)、技術(shù)經(jīng)濟指標等因素。同時，在高層建筑中，風(fēng)荷載的影響也不可忽視，抗側(cè)向力的能力也是應(yīng)該重點關(guān)注的內(nèi)容。

在選擇高層建筑結(jié)構(gòu)體系時，應(yīng)充分考慮建筑物的用途以及建筑物的高度，綜合分析，選擇最為合適的結(jié)構(gòu)體系，經(jīng)過科學(xué)合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，使結(jié)構(gòu)體系做到受力合理、經(jīng)濟實用、方便施工，從而達到既安全又具有良好經(jīng)濟效益的目的。

5 結(jié)語

高層住宅結(jié)構(gòu)的合理選擇對于高層建筑的良好發(fā)展具有重要意義，應(yīng)不斷的引入新的建筑體系，在獲得好的建筑環(huán)境的同時減少建筑垃圾的產(chǎn)生，這不僅符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，也必將是21世紀建筑業(yè)的一個新的增長點。

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