郭志欽

摘要：高層住宅主體結構不僅承擔自身的垂直荷載，還要承擔風荷載和地震產(chǎn)生的水平荷載，隨著建筑物高度的增加，垂直和水平荷載對結構的作用力就會增強，而增大了水平荷載產(chǎn)生的彎矩和剪力，直接影響到高層住宅結構的整體設計。因此，高層住宅建筑結構的設計是通過仔細計算、精心分析各項指標實現(xiàn)的，尤其是關于結構的荷載力和抗震結構的構造設計更為復雜化，以下從基礎結構、結構分析計算、抗震構造設計等諸多方面對整體結構設計進行仔細研究和分析。

關鍵詞：高層住宅；結構設計；結構抗震

1.高層住宅建筑結構設計的原則

1.1滿足經(jīng)濟性要求。

宅作為商品，開發(fā)商為有利可圖，要求投入少，經(jīng)濟效益好，購房者則要求房屋設計布局好，外觀美，房價適中，質(zhì)量上乘。因此，結構設計應根據(jù)房屋的建造地點、平立面體形、層數(shù)多少，在滿足安全性、耐久性和舒適性要求的前提下采用經(jīng)濟合理的結構體系，在構件設計中應精打細算，嚴格執(zhí)行規(guī)范構造要求，注意避免不必要的浪費。尤其在地基基礎設計中更應該注意方案的經(jīng)濟比較，因為地基基礎設計方案合理與否對房屋造價至關重要。

1.2滿足安全性和耐久性要求。

住宅實行商品化后，應成為廣大住戶的耐用消費品，使用壽命長是區(qū)別于其他消費品的最大特點。因此，結構安全性和耐久性是住宅結構設計的最基本的要求。在結構體系的選擇，材料的選用，都應該有利于抗風抗震，以及在使用壽命期間維修改造的可能性。

1.3滿足舒適性要求。

住宅建筑設計應該為住戶起居的舒適性要求提供條件，例如，多種戶型，靈活分隔室內(nèi)空間，人居的熱、光、聲的環(huán)境等要求，為此結構設計應較好地配合建筑和機電專業(yè)，盡可能在居住空間中避免露柱露梁的壓抑感和采用隔音較差的分隔墻材料，使室內(nèi)簡潔明快，隔聲較好，給居住者創(chuàng)造一個幽靜舒適的環(huán)境。結構方案中還應考慮住戶日后改變分隔空間的可能性，當采用剪力墻結構時，宜采用大開間布置。

2.小高層住宅的幾種結構形式

近幾年來，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的火爆，人們對住宅平面與空間的要求也越來越高，小高層建筑形式不斷涌現(xiàn)。由于目前的高層住宅結構設計大多數(shù)是根據(jù)已經(jīng)確定好的平面和豎向布置，先假定好構件尺寸，通過電算對個別超限的指標進行調(diào)整。很多時候都會產(chǎn)生不必要的浪費。另外，建筑的住宅布置有時候考慮立面造型和內(nèi)部使用空間，會使結構產(chǎn)生一些不合理之處。例如結構的剛度偏心和扭轉(zhuǎn)及平面不規(guī)則等，這些情況對結構受力及抗震均不利。因此我們在設計時必須強調(diào)概念設計，在平面布置和構造設計上使結構更趨合理，同時做到經(jīng)濟合理。小高層住宅結構形式也多種多樣，主要有以下幾種。

2.1框架結構

框架結構優(yōu)點主要是結構布置靈活，具有較大的室內(nèi)空間，尤其底層可以較大空間，使用較為方便。缺點是框架柱截面很大且突出墻體，直接影響到戶型的實際使用面積及家具布置。且建筑平面布置需要十分規(guī)則。

3.2異形柱框架結構

異形柱框架結構特點類似于框架結構，且柱寬與墻厚相同。解決了室內(nèi)空間使用的問題。缺點是此種結構形式太柔對抗震不利，房屋適用高度很低。

2.3框架剪力墻結構

框架剪力墻結構較多的用在高層結構中。外部框架結構主要承受豎向力，框架布置靈活。電梯井為剪力墻承受大部分水平荷載。此種結構形式比較適合于商業(yè)和商住等有大空間需求的建筑。缺點也是外露的框架柱會影響使用。

2.4剪力墻結構

剪力墻結構是根據(jù)建筑平面布置設置鋼筋混凝土剪力墻，無外露柱子很好滿足了建筑平面的使用要求。缺點是結構剛度大、自重大、地震反應大。建筑和結構布置不合理的話也會增加鋼筋用量。

2.5短肢剪力墻結構

短肢剪力墻結構是一種剪力墻墻肢較短的特殊剪力墻結構，短肢剪力墻結構布置十分靈活，結構特點也和剪力墻結構類似。在非地震區(qū)和地震烈度較低的地方短肢剪力墻結構要更為經(jīng)濟。

3.高層住宅建筑結構設計的優(yōu)化措施

3.1折減高層住宅建筑結構的周期性

高層住宅建筑在設計框架、頂蓋等結構時，由于填充墻體的具體存在，導致實際中的結構表現(xiàn)出來的剛度比設計時候計算得到的剛度相差比較大，計算的周期同時也比實際的周期相差比較大。因此，結構剪力算出來偏小的時候，會造成房屋的一些結構產(chǎn)生不安全因素，所以應該適當把房屋結構設計時計算得到的進行折減，能夠取得到顯著的效果，但是高層住宅建筑的框架結構，不能折剪計算得到的周期。

3.2對剪力墻的設計要加強

剪力墻的設計關鍵是連梁設計。聯(lián)肢墻是連梁把各墻肢進行聯(lián)結組成，增大了約束墻肢的剛度。連梁剛度被增大導致結構地震作用同時增大，也增大了連梁與墻肢的分配內(nèi)力，這種情況下只能把構件配筋量增大，這樣的設計結果明顯在很大程度上浪費了材料。所以，高層住宅建筑結構在設計的時候，不應該把具有大剛度的窗下墻當作連梁，而是要把連梁設計分為截面和小剛度的弱連梁。當然，滿足了結構的剛度和變形的要求后，就要從經(jīng)濟的角度和抗力以及變形方面進行綜合的考慮，合理進行抗側(cè)力構件的布置。結構抗側(cè)力的剛度隨著剪力墻的數(shù)量增多而增大，但是相應的結構位移隨之減小，抗側(cè)力剛度變大的同時結構地震力也隨之增大，非常不利于結構造價的控制。所以，剪力墻應該遵循周邊分散、均勻等原則進行合理的布置，對水平位移的限值進行規(guī)范化，盡最大程度的把剪力墻的數(shù)量降到最低。

3.3高層住宅建筑結構耐久性設計的優(yōu)化

高層住宅建筑結構耐久性的設計能夠確保在高層使用后，在合理使用的壽命期限里，應該滿足居住者的使用要求。但是在設計上很多都沒有達到要求，其主要原因是對建筑結構的使用過程缺乏合理的考慮，可能遭受條件以及使用環(huán)境的影響最終導致房屋結構的損傷，造成房屋可靠度的指數(shù)降低。一般情況下，高層住宅建筑結構的設計，最理想的是能夠做到造價低廉和節(jié)約材料，然而最近幾年來，人們的生活水平得到很大的提高，對生活質(zhì)量的要求越來越高，加上在實際的工程中，由于一些使用要求、技術指標等成為了設計中的主要矛盾時，設計方案就無法單純的追求節(jié)省經(jīng)濟。因此，在高層住宅建筑結構的設計以優(yōu)化為目標時，應該要正確了解掌握設計中關鍵性的問題，主次分明的對目標進行設計的優(yōu)化，使之能夠達到整體滿意的效果。

3.4高層住宅建筑結構抗震性設計的優(yōu)化

進行圖紙的設計時，應該按抗震設防進行分類，抗震等級要依照具體的建筑高度、結構類型以國家頒布的《抗震規(guī)范》為標準進行確定。在建筑中可以不考慮地震震力的振型數(shù)據(jù)耦聯(lián)扭轉(zhuǎn)的計算；當振型數(shù)據(jù)>3時，要以3的整數(shù)倍進行計算，但是數(shù)據(jù)必須小于建筑物的層數(shù)；當建筑物的層數(shù)低于2層時，振型數(shù)可以采用建筑物的層數(shù)。但是在房屋結構不規(guī)則時，就要對扭耦聯(lián)轉(zhuǎn)進行考慮，高層住宅建筑的振型數(shù)不能低于8，建筑結構的層數(shù)多、剛度系數(shù)大，就應該多要振型數(shù)，才能達到更好的抗震效果。

3.5結構設計要注重細節(jié)的優(yōu)化

在設計過程中，不僅要注重整體結構，也要注重局部構件。澆板設計可以把異形板細分成矩形板，能夠使受力更加均勻，同時也防止發(fā)生拐角裂縫。在建筑底部的梁箍筋使用的配箍量相當較大，因此箍筋采用冷軋帶肋的鋼筋，不僅可以減少箍筋直徑和肢數(shù)，還能節(jié)約工程造價。當高層住宅建筑的結構不規(guī)則縱向時，特別要仔細計算出最薄弱的位置加以優(yōu)化。

4.結語

綜上所述，高層住宅的建設中尚有許多需要設計人員去解決的問題。如設計更好的戶型，創(chuàng)造更優(yōu)雅的居住環(huán)境，降低成本等。筆者認為建筑設計師只要不斷地創(chuàng)新，不斷地提高與改進結構設計，不斷地推廣與宣傳，才能做出一個優(yōu)秀的結構設計方案。

參考文獻：

[1]劉利峰.鋼筋混凝土建筑結構設計優(yōu)化研究[J].科技資訊，2010，（20）.

[2]陳穎.高層建筑結構優(yōu)化設計分析[J].工程建設與設計，2010，（08）.

郭志欽

摘要：高層住宅主體結構不僅承擔自身的垂直荷載，還要承擔風荷載和地震產(chǎn)生的水平荷載，隨著建筑物高度的增加，垂直和水平荷載對結構的作用力就會增強，而增大了水平荷載產(chǎn)生的彎矩和剪力，直接影響到高層住宅結構的整體設計。因此，高層住宅建筑結構的設計是通過仔細計算、精心分析各項指標實現(xiàn)的，尤其是關于結構的荷載力和抗震結構的構造設計更為復雜化，以下從基礎結構、結構分析計算、抗震構造設計等諸多方面對整體結構設計進行仔細研究和分析。

關鍵詞：高層住宅；結構設計；結構抗震

1.高層住宅建筑結構設計的原則

1.1滿足經(jīng)濟性要求。

宅作為商品，開發(fā)商為有利可圖，要求投入少，經(jīng)濟效益好，購房者則要求房屋設計布局好，外觀美，房價適中，質(zhì)量上乘。因此，結構設計應根據(jù)房屋的建造地點、平立面體形、層數(shù)多少，在滿足安全性、耐久性和舒適性要求的前提下采用經(jīng)濟合理的結構體系，在構件設計中應精打細算，嚴格執(zhí)行規(guī)范構造要求，注意避免不必要的浪費。尤其在地基基礎設計中更應該注意方案的經(jīng)濟比較，因為地基基礎設計方案合理與否對房屋造價至關重要。

1.2滿足安全性和耐久性要求。

住宅實行商品化后，應成為廣大住戶的耐用消費品，使用壽命長是區(qū)別于其他消費品的最大特點。因此，結構安全性和耐久性是住宅結構設計的最基本的要求。在結構體系的選擇，材料的選用，都應該有利于抗風抗震，以及在使用壽命期間維修改造的可能性。

1.3滿足舒適性要求。

住宅建筑設計應該為住戶起居的舒適性要求提供條件，例如，多種戶型，靈活分隔室內(nèi)空間，人居的熱、光、聲的環(huán)境等要求，為此結構設計應較好地配合建筑和機電專業(yè)，盡可能在居住空間中避免露柱露梁的壓抑感和采用隔音較差的分隔墻材料，使室內(nèi)簡潔明快，隔聲較好，給居住者創(chuàng)造一個幽靜舒適的環(huán)境。結構方案中還應考慮住戶日后改變分隔空間的可能性，當采用剪力墻結構時，宜采用大開間布置。

2.小高層住宅的幾種結構形式

近幾年來，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的火爆，人們對住宅平面與空間的要求也越來越高，小高層建筑形式不斷涌現(xiàn)。由于目前的高層住宅結構設計大多數(shù)是根據(jù)已經(jīng)確定好的平面和豎向布置，先假定好構件尺寸，通過電算對個別超限的指標進行調(diào)整。很多時候都會產(chǎn)生不必要的浪費。另外，建筑的住宅布置有時候考慮立面造型和內(nèi)部使用空間，會使結構產(chǎn)生一些不合理之處。例如結構的剛度偏心和扭轉(zhuǎn)及平面不規(guī)則等，這些情況對結構受力及抗震均不利。因此我們在設計時必須強調(diào)概念設計，在平面布置和構造設計上使結構更趨合理，同時做到經(jīng)濟合理。小高層住宅結構形式也多種多樣，主要有以下幾種。

2.1框架結構

框架結構優(yōu)點主要是結構布置靈活，具有較大的室內(nèi)空間，尤其底層可以較大空間，使用較為方便。缺點是框架柱截面很大且突出墻體，直接影響到戶型的實際使用面積及家具布置。且建筑平面布置需要十分規(guī)則。

2.2異形柱框架結構

異形柱框架結構特點類似于框架結構，且柱寬與墻厚相同。解決了室內(nèi)空間使用的問題。缺點是此種結構形式太柔對抗震不利，房屋適用高度很低。

2.3框架剪力墻結構

框架剪力墻結構較多的用在高層結構中。外部框架結構主要承受豎向力，框架布置靈活。電梯井為剪力墻承受大部分水平荷載。此種結構形式比較適合于商業(yè)和商住等有大空間需求的建筑。缺點也是外露的框架柱會影響使用。

2.4剪力墻結構

剪力墻結構是根據(jù)建筑平面布置設置鋼筋混凝土剪力墻，無外露柱子很好滿足了建筑平面的使用要求。缺點是結構剛度大、自重大、地震反應大。建筑和結構布置不合理的話也會增加鋼筋用量。

3.高層住宅建筑結構設計的優(yōu)化措施

3.1折減高層住宅建筑結構的周期性

高層住宅建筑在設計框架、頂蓋等結構時，由于填充墻體的具體存在，導致實際中的結構表現(xiàn)出來的剛度比設計時候計算得到的剛度相差比較大，計算的周期同時也比實際的周期相差比較大。因此，結構剪力算出來偏小的時候，會造成房屋的一些結構產(chǎn)生不安全因素，所以應該適當把房屋結構設計時計算得到的進行折減，能夠取得到顯著的效果，但是高層住宅建筑的框架結構，不能折剪計算得到的周期。

3.2對剪力墻的設計要加強

剪力墻的設計關鍵是連梁設計。聯(lián)肢墻是連梁把各墻肢進行聯(lián)結組成，增大了約束墻肢的剛度。連梁剛度被增大導致結構地震作用同時增大，也增大了連梁與墻肢的分配內(nèi)力，這種情況下只能把構件配筋量增大，這樣的設計結果明顯在很大程度上浪費了材料。所以，高層住宅建筑結構在設計的時候，不應該把具有大剛度的窗下墻當作連梁，而是要把連梁設計分為截面和小剛度的弱連梁。當然，滿足了結構的剛度和變形的要求后，就要從經(jīng)濟的角度和抗力以及變形方面進行綜合的考慮，合理進行抗側(cè)力構件的布置。結構抗側(cè)力的剛度隨著剪力墻的數(shù)量增多而增大，但是相應的結構位移隨之減小，抗側(cè)力剛度變大的同時結構地震力也隨之增大，非常不利于結構造價的控制。所以，剪力墻應該遵循周邊分散、均勻等原則進行合理的布置，對水平位移的限值進行規(guī)范化，盡最大程度的把剪力墻的數(shù)量降到最低。

4.結語

綜上所述，高層住宅的建設中尚有許多需要設計人員去解決的問題。如設計更好的戶型，創(chuàng)造更優(yōu)雅的居住環(huán)境，降低成本等。筆者認為建筑設計師只要不斷地創(chuàng)新，不斷地提高與改進結構設計，不斷地推廣與宣傳，才能做出一個優(yōu)秀的結構設計方案。