試論高層住宅建筑結構設計

摘要：一個完整的高層住宅建筑必須由專業設計人員結合多方面的系統知識來完成，尤其是結構設計的優劣直接關系到建筑整體體型和空間的布置。因此，在進行高層結構設計過程中，應做好抗震概念的清晰掌握，采取各種構造措施，并通過適宜的分析軟件以取得比較理性化的結果。只有各種專業人員通力協作，發揮各自的專業優勢，才能擇優選擇最佳方案，進而設計出美觀、實用、經濟、安全的高層住宅建筑。

關鍵詞：高層住宅;建筑結構;設計;優化

1.高層建筑結構設計特點

1.1利水平荷載是其決定性因素

利水平荷載已經成為了高層住宅建筑的決定性因素。在建筑的豎向構件中，因為其自身的重量以及樓面使用的荷載，所帶來的軸力和彎矩的數值是和所建的建筑高度有著正比關系;然而，對建筑結構來說，水平荷載作用所引起的傾覆力矩以及在豎向構件中，其由此引起的軸力和建筑物的高度二次方有著正比關系;除此之外，對某一特定的高層住宅建筑來說，在大體上，豎向荷載是一個定值，然而，作為建筑的水平荷載上的風荷載作用以及地震作用，其數值是隨著建筑結構的動力特性的變化而隨之有著比較大幅度的變化。

1.2不能忽視軸向變形

在高層的住宅建筑之中，因為豎向上的荷載數值比較大，其可以在建筑柱中產生比較大的軸向變形，繼而建筑會對連續的梁彎矩造成一定的影響，致使連續的建筑梁中間支座處負彎的矩值度減小，同時，跨中正彎矩以及端支座負彎矩值度增大;除此之外，給建筑構件剪力以及側移造成影響，把建筑的構件豎向變形考慮進去及比較后，會直接得出一個不夠安全的結果。

1.3結構延性成為關鍵的設計指標

高層住宅建筑和比較低的低樓房兩者比較起來來說，高層的建筑結構更加柔和一些，在地震的迫害作用之下，高層的變形也更大一些。在建筑進入到設計塑性的變形時期之后，為了使建筑結構仍然保留比較強的變形能力，以免倒塌，尤其是需要在建筑的構造之上運用一定恰當的措施，從而來對結構具備充分的延性做出保障。

2.高層住宅的結構體系

2.1剪力墻承重體系

在高層建筑中為了將非承重隔墻的數量有效的進行減少，常常使用剪力墻結構。將一些剪力墻進行合理的縱橫相交，在作為承重結構的同時，還可以充當分隔間斷墻。由于剪力墻綜合交錯形成剪力墻體系，能夠在很大程度上提高剛度，可以有效的提高建筑整體的抗震能力和抗風載荷。當然，剪力墻結構并不是沒有缺點，由于綜合交錯的剪力墻將空間分割的比較細碎，嚴重束縛了建筑的平面布局。針對這個問題，可以采用跨度相對比較大的樓板和輕質的隔斷相搭配，從而實現內部空間的靈活組織。

2.2剪力墻結構體系

高層建筑常常將一部分的框架利用較大的剪力墻進行替換，從而解決框架體系強度和剛度不足的問題，這樣就形成了框架—剪力墻體系。框架和剪力墻在水平力的作用下和剛度足夠的樓板以及連梁協同工作，從而形成一個體系。在體系中，垂直方向上的載荷主要由框架體系承受，而水平方向上的剪力主要由剪力墻來承受。剪力墻的存在使住宅結構的側向剛度在很大程度上加大，同時極大的減小了建筑的水平位移。與此同時，建筑所受到的水平剪力的影響將在很大程度上降低，并且內力沿著豎向的分布慢慢的趨向于均勻。

2.3筒形結構體系

凡采用筒體為抗側力構件的結構體系統稱為筒體體系，包括單筒體、筒體—框架、筒中筒、多束筒等多種型式。作為空間受力構件的筒體有兩種不同的類型：實腹筒和空腹筒。實腹筒作為一個三維豎向結構單體是由平面或曲面墻圍成。而空腹筒作為一個空間受力構件則是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的。筒體體系的各個部件的受力情況相對比較合理，因而剛度和強度比較強，有著很強的抗風能力和抗震能力，因此在高層建筑中的使用比較普遍。

2.4其他結構體系

隨著建筑技術以及相關材料科學的飛速發展，高層建筑設計處于一個動態的變化過程之中，其結構體系設計勢必也會隨之不斷的更新發展，新的結構體系代替就的結構體系是不可避免的。從目前看，現在很多新型的結構體系都還處于探索的過程之中，如筒中筒結構的發展、或者束狀筒的組合，外筒桁架交錯，以中心并筒懸掛式結構以及很高的桁架梁的體系等。這些結構體系由于尚不夠成熟，因此要用于實踐之中還需要一段時間的成長。

3.高層住宅建筑結構設計的優化措施

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。聯肢墻是連梁把各墻肢進行聯結組成，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，合理進行抗側力構件的布置。結構抗側力的剛度隨著剪力墻的數量增多而增大，但是相應的結構位移隨之減小，抗側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范化，盡最大程度的把剪力墻的數量降到最低。

3.3高層住宅建筑結構耐久性設計的優化

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。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省經濟。因此，在高層住宅建筑結構的設計以優化為目標時，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據耦聯扭轉的計算;當振型數據gt;3時，要以3的整數倍進行計算，但是數據必須小于建筑物的層數;當建筑物的層數低于2層時，振型數可以采用建筑物的層數。但是在房屋結構不規則時，就要對扭耦聯轉進行考慮，高層住宅建筑的振型數不能低于8，建筑結構的層數多、剛度系數大，就應該多要振型數，才能達到更好的抗震效果。

3.5結構設計要注重細節的優化

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，還能節約工程造價。當高層住宅建筑的結構不規則縱向時，特別要仔細計算出最薄弱的位置加以優化。

4.結語

隨著不斷加快的城市化進程，越來越緊張的城市建設用地，城市住宅建筑大多朝向超高層和高層發展，以提高用地效率，這也更高的要求建筑的結構設計水平。因而我們廣大建筑設計人員應熟悉相關標準條文以及建筑設計規范，熟練掌握高層建筑結構設計的相關要點，合理選擇建筑結構體系，做好結構設計的優化，提高建筑的結構安全性，降低設計成本，為社會創造出更多的高層建筑精品。

參考文獻：

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[2]張連生、劉德龍.高層建筑混凝土剪力墻設計要點[J].吉林勘查設計，