高層住宅混凝土結構設計與優化分析

夏 敏

（山東華科規劃建筑設計有限公司，山東 聊城 252000）

1 當前高層住宅混凝土結構的優勢和劣勢

高層住宅的優勢：1） 不濫用土地。2） 創造越來越優越的生活。目前正值我國社會老齡化嚴重的困境之中，高層住宅內的電梯方便老年人上下樓等。3） 創建良好的生存環境。高層住宅的住宅密度日漸變小，得房越來越容易，開發商能讓出更多土地并將之用來綠化小區部分面積，完美融合自然景觀和人工景觀、彼此對應以及更好地搭配，使小區的生態環境層次得以極大化的提高。高層住宅混凝土結構的費用比較低且便民，其結構造型獨具風格，整體性能比較好。但是，高層住宅存在劣勢，高層住宅混凝土結構自重大，構件空間大、沒有良好的延性能、沒有好的抗裂性能、修復起來極慢、施工速度不快等。

2 鋼筋混凝土高層結構設計的常見問題

2.1 結構體系不合理

目前，造成鋼筋混凝土高層結構體系不合理的主要原因是沒有做好設計方案審計工作，設計方案與工程實際情況存在出入，同時，相關設計人員與管理人員沒有運用科學、先進的計算機信息技術對結構設計方案進行模擬，更多的是根據經驗判斷結構設計方案是否合理，導致鋼筋混凝土高層結構體系不合理。

2.2 地基與基礎設計不科學

地基與基礎設計不科學主要表現在以下幾個方面：①基礎類型選擇不合理，建筑物沉降不均勻，甚至導致建筑物出現傾斜；②基礎設計存在問題，較大的地基斜面坡坡度會對地基混凝土的振搗質量產生不良影響，降低地基結構的穩定性；③地下室底板配筋不合理，影響高層建筑結構的穩定性，導致建筑物的不均勻沉降問題嚴重；④部分設計人員忽視了地下水位對地基穩定性和耐久性的影響。如果建筑物的地基與基礎設計存在問題，則必然會影響鋼筋混凝土高層結構設計的實現。

3 高層住宅混凝土結構方案的設計要點和優化建議

3.1 高層住宅混凝土結構方案的設計要點

高層住宅需要在生命周期中擔負橫線與縱向的雙向負載，而高層住宅的質量以及功能嚴重遭受混凝土結構設計的影響，為此，高層住宅混凝土結構設計過程中極易產生錯誤的主體內容容不得忽視，為使高層住宅的安全問題得到保障，應采取如下措施：1） 擇取最佳的結構形式。在構設高層住宅混凝土結構方案的過程中，需按照真實情況合理地選用最優的結構形式。日前，其結構集中以框架、框剪、剪力墻和筒體等結構為重，這些結構按其自身的特征都極為適用，如著重適用于高度低于60m 的為框架結構，通常主要適用于商品房或者高度低于120m 的住宅設計中的框剪結構，特別適合用于超高層（高于150m） 或者摩天大樓中的筒體等結構。2） 特別關注結構的完整造型和布局。這強調設計人員既要順應結構的適用性、安全性與美觀性意見，建筑設計者還須發揮個人專長，大力改進建筑結構的橫向與縱向布局要務，盡量不讓建筑局部發的改變或者減弱而形成薄弱部位，以使整體建筑結構的規則勻稱和簡易。3） 改善構件截面。要求保證綜合結構的安全性和經濟性，還須擇取成本性價比都極高的構件截面，堅決不能擇取極小的建筑構件截面，否則會讓結構設計越來越具有風險。4） 創建恰當的轉換層和沉降縫等。比較靠近的高層住宅物之間高度差距過于大會出現地基因超載而變形的漏洞，在這一情況下設計者需要按照詳細情況建立沉降縫。5） 合理設計地基與基礎。地基的設計必須要與施工現場的地質條件、地理環境緊密地結合在一起。地基設計過程中要綜合考慮基礎拉梁結構，如通過增加基礎配筋促進拉梁結構與整個地基結構穩定性的提高。地下室設計過程中，設計人員可以采用褥墊處理方法來提升地下室的穩定性，防止地下室出現大面積裂縫。

3.2 優化高層住宅混凝土結構方案的建議

在構設高層鋼筋混凝土的結構的過程中，為使結構受力性能的改進得以實現，結構的穩定性與安全性得以增強：1）選擇強度高的施工材料。高層住宅工程的整體質量和成本直接受混凝土和鋼筋等施工原材料的質量影響，若能合理使用部分強度高的施工材料，既有益于建筑構件的改進，又非常便于建筑結構的整體重量的減輕，還能夠大幅度縮小構件大小，盡量不讓材料用量與施工成本出現不必要的浪費。2） 使抗彎結構體系能夠得到真正的擴寬。加寬能有效增大抵抗力臂，減小抗傾覆力。設計人員可以通過有效擴寬抗彎結構體系，實現整個結構的抗側強度。3） 優化住宅結構平面。高層住宅的整體性能直接受住宅結構平面的質量影響。通常來講，住宅結構平面形狀的規則性、簡單性與對稱性的維持，既能簡化對應的每類指標校核與檢驗，又能夠均勻分布住宅結構所擔負的承載力與剛度等荷載，進而使住宅結構的每一項功能得到更好的發揮。4） 選用的倒塌機制要更加有益。在高層住宅結構產生某一類的塑性鉸后，全部的結構會改成機構，然而，機構很難穩固地支撐住外荷載作用，從而不具備擔負能力，最終只能出現可持續變形，較為嚴重時還會崩塌。

總之，在高層住宅混凝土結構設計過程中，設計者務必要遵循結構概念構設的規則，同建筑專業以及與之聯系的專業理論知識、有關真實住宅經驗相結合，采用多元的方式，保證有關混凝土結構的延性、剛度與強度等性能，進而使高層住宅的穩定性和安全性得到持續提高。