高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略探討

高雪晶（云南工業(yè)技師學(xué)院，云南曲靖，655000）

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高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略探討

高雪晶
（云南工業(yè)技師學(xué)院，云南曲靖，655000）

隨著城市化進(jìn)程的加快，給城市發(fā)展帶來了動(dòng)力，也帶來了壓力。壓力之一是對(duì)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(fā)展高層住宅。本文通過對(duì)高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，總結(jié)出高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及存在的問題，并針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，提出了高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，為建設(shè)安全、堅(jiān)固的高層住宅提供依據(jù)。

高層住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；策略

引言

隨著城市的不斷發(fā)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(jìn)程不斷深化的產(chǎn)物，有效地解決了城市中人口發(fā)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(zhì)量，具有較大的市場(chǎng)空間，是我國城市建設(shè)未來的發(fā)展方向。因此，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化越來重要，要積極總結(jié)高層住宅設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，在此基礎(chǔ)上依靠科學(xué)技術(shù)對(duì)高層建筑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［1］。

1　高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要做到兩個(gè)方面，一是結(jié)構(gòu)安全性；二是設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性。這要求在進(jìn)行高層建筑進(jìn)行合理設(shè)計(jì)的同時(shí)，既要關(guān)系結(jié)構(gòu)安全，又要關(guān)注生命安全，使用綠色環(huán)保的材料；同時(shí)還要保證施工效率，以獲得經(jīng)濟(jì)效益。

1.1高層住宅平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層住宅的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮到建筑結(jié)構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)承受較大的壓力避免外力對(duì)高層建筑的整體結(jié)構(gòu)造成影響。在高層住宅平面設(shè)計(jì)中要注意一下幾點(diǎn)：第一，保證結(jié)構(gòu)的剛度，嚴(yán)格控制平面的長度，將長度控制在一定的范圍內(nèi)，保證樓板的寬度。通過加強(qiáng)樓板的配筋，來承受樓板被削弱后產(chǎn)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(qū)設(shè)置電梯，以確保電梯運(yùn)行過程中的安全性［2］。第二，在設(shè)計(jì)過程中采用精細(xì)的內(nèi)力設(shè)計(jì)法，要注意高層建筑的伸縮縫的結(jié)構(gòu)設(shè)置，剛度偏心的問題，保證這些衍生出來的結(jié)構(gòu)單元平面形狀的規(guī)則性和剛度的對(duì)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(fù)雜的高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)角部和細(xì)腰型平面部分的樓板加固問題，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和有效性。

1.2高層住宅結(jié)構(gòu)豎直設(shè)計(jì)

在高層住宅結(jié)構(gòu)豎直設(shè)計(jì)中保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，要保持建筑結(jié)構(gòu)上部分具有較大的剛度，結(jié)構(gòu)的剛度從下往上依次增高，而混凝土的強(qiáng)度保持不變，通過剪力墻的使用提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制參數(shù)

在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有效的控制參數(shù)，提高結(jié)構(gòu)的整體控制率，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的安全性有著重要的影響。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中會(huì)應(yīng)用到各種參數(shù)，如層間位移比、周期比、軸壓比、剛度比等多種參數(shù)。其中剛度比可以有效保持豎向結(jié)構(gòu)的規(guī)則，減少脆弱層出現(xiàn)的概率［3］。這種參數(shù)主要應(yīng)用于柱的剛度和本層墻的剛度調(diào)整上。周期比可以很好的調(diào)整結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的布置來提高建筑的質(zhì)量。層間位移角可以很好的避免位移的過大改變，保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

1.4高層住宅功用上的特點(diǎn)

城市高層建筑是城市發(fā)展的標(biāo)志，側(cè)面反映了一個(gè)城市的發(fā)展水平?？梢杂行У墓?jié)約土地資源，提高綠化面積，不僅可以提高經(jīng)濟(jì)效益，還間接的提高社會(huì)效益，達(dá)到保護(hù)城市環(huán)境的效果。但是隨著高層建筑數(shù)量的增多，高層建筑的質(zhì)量也參差不齊，在高層建筑過程中出現(xiàn)許多問題，如：地質(zhì)下降、環(huán)境污染、建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。所以高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化十分必要。

2　高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)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(yán)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(huán)境住房緊張和房價(jià)高漲的問題。

2.1高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

城市的高層建筑逐漸增多。傳統(tǒng)的高層建筑使用鋼筋混凝土為高層建筑的框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)本身會(huì)存在很少安全問題，使高層建筑的使用壽命遠(yuǎn)低于多層建筑。而高層建筑經(jīng)過幾十年的發(fā)展形成了具有較高強(qiáng)度的建筑材料，極大的提高了建筑的穩(wěn)定性，為了更好的發(fā)揮這些新材料的作用，需要對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。在高層建筑長期發(fā)展過程中逐漸形成了框架簡體結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)，而鋼材料由于本身的強(qiáng)度較高、抗震性好是框架簡體結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)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(yīng)用不是十分廣泛，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其成本比較低、材料的穩(wěn)定性好、耐火性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于高層建筑中，但是這種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量比較大、橫斷面的尺寸也比較大，給設(shè)計(jì)和安裝帶來了極大的困難。為了更好的發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)出更加科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)，以避免安裝過程中遇到的一些問題，影響到施工的質(zhì)量，以獲得合理的經(jīng)濟(jì)效益［4］。

2.2高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

建筑的質(zhì)量是建筑施工過程中的核心，建筑的質(zhì)量對(duì)居民生命和財(cái)產(chǎn)安全有著重要的影響。高層建筑對(duì)建筑質(zhì)量的要求更好，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，因此，要做好對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保建筑的安全性，節(jié)約施工的成本、提高施工單位的經(jīng)濟(jì)效益。

目前在高層住宅的設(shè)計(jì)中存在著許多問題。由于很多企業(yè)重視高層建筑的施工環(huán)節(jié)，忽視高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。使得設(shè)計(jì)人員對(duì)于高層建筑的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)產(chǎn)生了輕視的心理，在設(shè)計(jì)過程中不能結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，有的設(shè)計(jì)人員甚至盲目的套用別人的設(shè)計(jì)成果，忽視高層建筑的實(shí)際需要。在設(shè)計(jì)過程中沒有形成一套科學(xué)的結(jié)果驗(yàn)證體系，影響到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。有的設(shè)計(jì)人員由于自身的專業(yè)水平不夠，在設(shè)計(jì)過程中會(huì)存在著一系列概念、方法上的差錯(cuò)，這會(huì)給工程的施工帶來困難。針對(duì)目前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的管理和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收十分必要［5］。

3　高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)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(duì)環(huán)境和居民產(chǎn)生影響，并充分利用地形和氣候條件，來充分發(fā)揮高層住宅的作用。在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中要設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化措施、用鋼量及適用性等幾個(gè)方面，對(duì)抗震性能喝用鋼量進(jìn)行對(duì)比。在可持續(xù)發(fā)展思想指導(dǎo)下積極探討高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，對(duì)高層建筑的發(fā)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(qū)，2007年設(shè)計(jì)，2層33層的高層建筑主樓，通過實(shí)際測(cè)量該建筑的高度為95.8m。設(shè)有一層用做存儲(chǔ)設(shè)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(shè)置在商鋪的右側(cè)，商鋪內(nèi)部采用鋼筋混凝土剪力墻，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，以保證墻體的承受能力和商家對(duì)于底部商鋪半敞開的要求。

3.2結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)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(xué)的原則下對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的邊角和剪力墻的位置進(jìn)行合理布置，最終形成適合高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1　主樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)示意圖

在高層建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)中，墻體的設(shè)計(jì)是其中的重點(diǎn)，在此高層建筑的設(shè)計(jì)中，為了提高墻體的抗側(cè)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(jì)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(jì)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(jì)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(yán)格按照平面一般不規(guī)則結(jié)構(gòu)為抗震規(guī)范，對(duì)高層建筑平面進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮具體的各種實(shí)際情況，將建筑的平面設(shè)計(jì)成細(xì)腰形。為了避免使該建筑成為復(fù)雜超限高層結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過程中要考慮到控制結(jié)構(gòu)的豎向及與其相關(guān)的一些平面不規(guī)則指標(biāo)。并針對(duì)建筑剛度最為薄弱的樓的薄弱部位，設(shè)置135mm左右的厚樓板，以增強(qiáng)細(xì)腰部分的強(qiáng)度，提高高層建筑整體的安全性和穩(wěn)定性。

3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中要積極把握幾個(gè)重要的關(guān)鍵點(diǎn)，分別為剪力墻的延性設(shè)計(jì)、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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)于提高高層建筑的穩(wěn)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(shè)計(jì)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(lián)肢墻，并使用砌磚填砌弱連梁和窗臺(tái)，使剪力墻和聯(lián)梁出現(xiàn)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(duì)混凝土和鋼筋的用量也比較少，可以極大的節(jié)約建筑成本。

（1）用鋼量

在高層建筑的設(shè)計(jì)階段預(yù)計(jì)此建筑在施工完成之后用鋼量應(yīng)該在55—60kg/m2之間，而實(shí)際工程完工之后經(jīng)過統(tǒng)計(jì)得出實(shí)際用鋼量為50.30kg/ m2。這說明此次高層建筑的設(shè)計(jì)是科學(xué)的符合實(shí)際情況的，達(dá)到了預(yù)期的效果。

（2）適用性

為了進(jìn)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(shè)置一定數(shù)量的剪力墻。需要通過各種數(shù)據(jù)分析采用適當(dāng)?shù)目蚣堋袅Y(jié)構(gòu)體系，保證在減少鋼筋用量的情況下，提高剪力墻的質(zhì)量。

4　結(jié)束語

高層建筑的發(fā)展在一個(gè)側(cè)面反映了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)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(wěn)定性和安全性是目前各建筑企業(yè)面臨的主要問題。在建筑設(shè)計(jì)過程中要積極把握高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及存在的問題，并針對(duì)高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及存在的問題提出高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略，最終保證高層住宅的穩(wěn)定性和安全性。

［1］秦力.中高層住宅結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［D］.大連理工大學(xué)，2003.

［2］李茉.城市生態(tài)承載力下的超高層住宅優(yōu)化設(shè)計(jì)策略［D］.廈門大學(xué)，2009.

［3］王鑫.高層住宅兼顧經(jīng)濟(jì)性和使用效果的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［D］.南昌大學(xué)，2014.

［4］李松.中高層住宅中的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［D］.武漢理工大學(xué)，2006.

［5］曲秀麗.論高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)化的幾個(gè)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(xiàn)工作單位為云南工業(yè)技師學(xué)院，現(xiàn)有職稱二級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。研究方向：高層及超高住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

TU1

A

2095-8412 （2016） 03-481-04