高層住宅結構設計的優化策略解析

【摘要】高層建筑有效的緩解了城市人口發展與用地緊缺的矛盾，解決了城市人口激增的住宅問題，拓展了城市交通、綠化等建設的空間，提高了居民生活質量，具有很大的建設發展潛力。就目前的高層住宅建設來看，在結構設計上還存在一些問題，不能充分發揮高層住宅的功用和特點，這就需要我們對高層住宅建筑的結構設計進行科學有效的優化，提高高層住宅的利用率，從長遠來看具有更廣闊的發展前景和意義。

【關鍵詞】高層住宅；結構設計；優化策略

1、高層住宅建筑結構設計的要求

1.1安全性和穩固性

建筑結構是建筑的骨干，作為建筑的支撐起著十分重要的基礎作用，與住宅居民的生命財產安全息息相關，一座好的住宅建筑首先要考慮的就是安全性，尤其是高層建筑，要考慮到結構設計的方方面面，考慮到每個構件，構件之間的聯系以及建筑整體的穩固可靠，確保建筑結構設計符合國家規范規定的設計標準。

1.2舒適性和功能性

高層住宅建筑的實用性就是為人們提供高品質的居住場所，并滿足人們對于住宅建筑的功能需求，高層住宅建筑的結構設計也要滿足這一基本需求，實現建筑的舒適性和功能性，在結構設計的過程中，對于建筑的內部空間設計、平面布置、外立面設計等等都要做詳細的規劃，使人在居住時從視覺到居住體驗都能感受到建筑的美觀與舒適，從而實現提高人們生活質量的目的。

1.3經濟性

經濟性是住宅建設必須考慮的決定性因素，經濟性對建筑結構設計的影響也是不容忽視的，要通過結構設計的優化來增強建筑的經濟性，對建筑使用的材料、設備、工具等資源進行合理的配置與優化，盡量降低建設成本，控制建設投入，尤其是對于一些建筑的稀缺材料的使用，可以通過建筑結構設計的優化控制這部分材料的使用，不僅能夠降低建設成本，還能提高建設效率，對于縮短建設工期也有一定的促進作用。

2、高層住宅建筑結構設計優化要點

2.1高層住宅建筑結構的平面設計

在高層住宅建筑結構的平面設計中要著重考慮建筑的受力與傳力的均衡性問題，結構設計要保證建筑在承受較大壓力時避免因受力不均而導致的建筑抗震性能損失的現象，因此要求結構的平面設計盡量簡單、規則，具體應做到以下幾點：（1）平面設計要遵循簡單、對稱、規則、均勻的設計原則；（2）控制結構的長寬比以保證平面結構的剛度，保證平面的寬度，限制平面的長度，對長矩形平面的使用加以控制，以避免產生過大的扭轉效應；（3）盡量避免使用角部交疊和細腰形平面，這種平面鏈接較弱，協同工作能力差，如果在較復雜的高層結構中使用這種平面，那么要注意對其樓板進行加固，保證結構設計的有效性；（4）平面的角落區域和凹角部位不宜設置電梯，電梯應盡量布置在剪力墻筒體上以確保電梯運行的安全性；（5）高層建筑中如沉降縫、伸縮縫等結構設置，會衍生出獨立的結構單元，這些結構單元要保證平面形狀的規則性、剛度的對稱性，才不會使建筑在地震中受到損害，針對剛度偏心的問題，應當在設計時采用精細的內力分析法，對結構進行精準計算，確保結構的穩定性。

2.2剪力墻的設計

高層住宅結構設計中的剪力墻的布置必須合理并且做到分布均勻，使得整個高層住宅結構的剛心和質心相重合。剪力墻結構的布置應該盡量減少一字形剪力墻，一旦出現一字形結構布置的剪力墻應該將其布置成長墻，應該竭力避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上。或將剪力墻的相應部位設置成暗柱，當梁大于墻厚的2.5倍以上時，就可以計算暗柱的配筋長度了，長墻建議布置的高厚比要大于8.5才可以。高規7.1.2條規定：“剪力墻不宜過長，較長剪力墻宜設置跨高比較大的連梁將其分成長度較均勻的若干墻段，各墻段的高度與墻段長度之比不宜小于3，墻段長度不宜大于8m。”文章基于以下考慮：剪力墻的破壞程度有一定的標準，提高剪力墻的延性就是一個主要的標準，可以避免脆性破壞。避免單片剪力墻承擔過大的水平剪力而首先破壞，使得整個結構抗側力構件依次破壞。在某些工程設計中，設計人員往往將較長的剪力墻開結構洞，洞口較小，形不成弱連梁，此時的剪力墻為小開口剪力墻，仍具有很大的側向剛度，承擔的水平力很大，造成剪切脆性破壞。所以必須開孔，梁跨高比應大于6使長剪力墻形成兩個相對獨立的墻肢。

2.3地基與基礎設計

高層建筑地基與基礎的設計，需要綜合考慮，常見的考慮要素：①建筑場地的土質和水位的狀況；②確定場地的使用功能和施工條件；③注意相鄰建筑的特征和相互影響；④了解相鄰的地下構造物和各類地下設施的位置以及標高，保證地基的安全性和不與其他建筑發生沖突。由于我國地勢遼闊，地質復雜度高，如果僅僅依靠《地基基礎設計規范》是遠遠不能滿足的，因此，做好地基工作除了參照相關規范之外，更重要的是全面分析全國各地的地質，制定合理的設計方案。

2.4高層住宅建筑結構的抗震設計

抗震設計是保證建筑結構穩固的設計重點，在對高層住宅建筑進行抗震設計時要綜合考慮建筑的性能，對其穩定性、剛性、延展性、承載能力進行分析，加強薄弱環節的抗震措施，使建筑形成一個完整的抗震體系，達到最佳抗震效果。首先高層住宅結構設計要同時具有一定剛性和彈塑性，以避免地震時建筑結構發生無法修復的變形；其次結構設計要避免剛性過大，以承受的住多次余震的侵害；再次結構設計要具備延性良好的分體系，以避免結構剛性不足而致使建筑整體崩塌。抗震設計的關鍵在于把控好住宅的結構規則，盡量讓幾何中心與剛心重合，提高住宅的抗震能力。

結論：

高層住宅結構設計的過程中還存在著很多的其它問題，例如抗震設計的問題、平面布置問題、剪力墻的設置等。這些問題都在不同程度上影響著高層住宅結構的安全性，高層住宅結構設計中應該將安全問題作為最重要的問題來進行考慮，所以要重視高層住宅結構設計的概念。高層住宅的設計人員應該根據實際情況，來提高建筑設計的質量和水平。

參考文獻：

[1]郭典.高層住宅建筑結構設計優化策略[J].建材與裝飾，2016，05：67-68.

[2]肖雷.高層住宅結構體型優化設計探討[J].低碳世界，2016，09：149-150.

[3]趙國，崔濤.高層住宅結構設計中的問題探討[J].住宅與房地產，2016，18：63.

[4]宋莎.淺議高層住宅優化設計[J].廣東建材，2016，10：51-53.