高层住宅建筑结构设计的要点分析

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【摘要】:随着社会的发展，科技的进步，人们的生活水平的提高，对于高层住宅建筑的设计水平的要求也越来越高，为了进一步使高层住宅建筑自身的优势能够在最大的程度上得以发挥体，充分展现高层住宅建筑独特的魅力，本文对其结构设计要点进行了分析，以提高和完善高层住宅建筑设计的水平。

【关键词】:高层住宅；建筑；结构设计；分析

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

引言

随着我国城市化进程的不断加快，城市人口越来越多，对于城市住宅造成了巨大的压力，城市用地日益减少，为了缓解城市紧张的用地情况，高层住宅建筑开始兴起，其投资规模以及高度不断的加大。由于建筑环境以及相关的知识理论的日趋复杂，高层住宅建筑的结构设计问题日益突出。高层住宅建筑的设计本身具有一定的风险性，如果设计不当很有可能造成难以挽回的严重后果，因此，传统意义上的建筑设计理念已经无法胜任当前高层住宅建筑设计的需要。明确了建筑设计的复杂性和必要性，面对现代高层住宅建筑设计的新问题和新挑战，对建筑结构设计的本质和规律进行深入的了解和认识，这是现代高层住宅建筑建设实践的必要要求。同时时代的发展，建筑风格的变化多样，又给高层住宅结构设计提出了新的课题和新的挑战，高层建筑结构设计也越来越成为结构设计工作的重点和难点。

一.高层住宅建筑结构设计的基本要求

1.满足安全性和耐久性要求

商品化后的高层住宅建筑就成为了广大住户的耐用消费品, 高层住宅建筑能够区别于其他消费品的最大特点就是使用寿命长。因此, 住宅结构设计的最基本的要求是结构耐久性和安全性。在材料的选用以及结构体系的选择上,都应该对于抗风抗震是非常有效的, 以及在使用寿命期间维修改造的可能性。

2.满足舒适性要求

高层住宅建筑设计应该住满足住户生活起居的舒适性要求, 例如, 灵活分隔室内空间, 多种户型, 人居的声、光、热的环境等要求, 为此结构设计应较好地配合机电和建筑专业, 尽可能在居住空间中避免采用隔音较差的分隔墙材料和露梁露柱的压抑感, 使室内隔声较好,简洁明快,给居住者创造一个幽静舒适的环境。当采用剪力墙结构时, 宜采用大开间布置，以便考虑住户日后改变分隔空间的可能性。

3.满足经济性要求

住宅作为商品, 开发商为有利可图,经济效益好, 要求投入少,购房者则要求房屋设计布局好, 外观美,质量上乘, 房价适中。因此, 结构设计应根据房屋的平立面体形、层数多少、建造地点, 在满足耐久性、舒适性和安全性要求的前提下采用经济合理的结构体系, 严格执行规范构造要求, 在构件设计中应精打细算,注意避免不必要的浪费。尤其在地基基础设计中更应该注意方案的经济比较,因为地基基础设计方案合理与否对房屋造价至关重要。

二.高层住宅的结构体系

1.剪力墙承重体系

在高层建筑中为了将非承重隔墙的数量有效的进行减少，常常使用剪力墙结构。和框剪结构相比，剪力墙的对钢材的使用量要少很多，并且建筑内部的梁柱不会露出，深受用户的欢迎。将一些剪力墙进行合理的纵横相交，在作为承重结构的同时，还可以充当分隔间断墙。由于剪力墙综合交错形成剪力墙体系，能够在很大程度上提高刚度，可以有效的提高建筑整体的抗震能力和抗风载荷。当然，剪力墙结构并不是没有缺点，由于综合交错的剪力墙将空间分割的比较细碎，严重束缚了建筑的平面布局。针对这个问题，可以采用跨度相对比较大的楼板和轻质的隔断相搭配，从而实现内部空间的灵活组织。

2.剪力墙结构体系

高层建筑常常将一部分的框架利用较大的剪力墙进行替换，从而解决框架体系强度和刚度不足的问题，这样就形成了框架—剪力墙体系。框架和剪力墙在水平力的作用下和刚度足够的楼板以及连梁协同工作，从而形成一个体系。在体系中，垂直方向上的载荷主要由框架体系承受，而水平方向上的剪力主要由剪力墙来承受。剪力墙的存在使住宅结构的侧向刚度在很大程度上加大，同时极大的减小了建筑的水平位移。与此同时，建筑所受到的水平剪力的影响将在很大程度上降低，并且内力沿着竖向的分布慢慢的趋向于均匀。

3.筒形结构体系

凡采用筒体为抗侧力构件的结构体系统称为筒体体系，包括单筒体、筒体—框架、筒中筒、多束筒等多种型式。作为空间受力构件的筒体有两种不同的类型：实腹筒和空腹筒。实腹筒作为一个三维竖向结构单体是由平面或曲面墙围成。而空腹筒作为一个空间受力构件则是由密排柱和窗裙梁或开孔钢筋混凝土外墙构成的。筒体体系的各个部件的受力情况相对比较合理，因而刚度和强度比较强，有着很强的抗风能力和抗震能力，因此在高层建筑中的使用比较普遍。

4.其他结构体系。随着建筑技术以及相关材料科学的飞速发展，高层建筑设计处于一个动态的变化过程之中，其结构体系设计势必也会随之不断的更新发展，新的结构体系代替就的结构体系是不可避免的。从目前看，现在很多新型的结构体系都还处于探索的过程之中，如筒中筒结构的发展、或者束状筒的组合，外筒桁架交错，以中心并筒悬挂式结构以及很高的桁架梁的体系等。这些结构体系由于尚不够成熟，因此要用于实践之中还需要一段时间的成长。

三.高层建筑结构设计中应注意的问题

1.高度

《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定了多种常见结构体系的最大适用高度。随着建筑物高度的逐渐增加，许多影响因素也将随之改变，因此有些参数本身超出了现有规范的适宜范围。因此，应当采取科学谨慎的态度，来设计超高限建筑物

2.材料的选用

在地震多发区，工程技术人员最为重视的问题就是采用何种结构体系或建筑材料较为合理。在结构柱距或体系变化时。需要设置转换层及加强层，要尽量降低其本身刚度，慎重选择其结构模式，以减少不利影响。在高层建筑中，建议尽可能采用钢管混凝土结构或钢结构以及钢骨混凝土结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。

四．高层住宅建筑结构关键设计

1.基础系梁的设置问题

如果基础埋置深度较深时，在±0.00以下设置系梁，可以用基础系梁减少底层柱的计算长度，此时，系梁以下的柱应按短柱处理，同时，系梁宜按一层框架梁进行设计。如设置基础拉梁，宜设置在框架柱之间，对于不在框架柱之间的墙体基础可采用素混凝土基础；如不设置基础系梁，填充墙可以采用素混凝土条形基础。

2.框架结构薄弱层的处理与判定

对抗震极为不利的结构层是薄弱层，原则上应避免薄弱层的出现。加大该层的抗侧移刚度是避免出现薄弱层的基本方法，即加大该层的柱截面或梁截面；如果条件允许，可以减少基础埋置深度或改变该层层高。当无法避免出现薄弱层时，在结构出图和计算时必须按照规范规定采取相应的措施。

3.短柱问题

在框架结构中，如果柱净高与剪跨比≤2，柱截面高度之比≤4，那么该柱为短柱。短柱在地震作用下，脆性破坏是很容易发生的。增加柱的抗剪承载力以及改善其变形能力主要是处理短柱后的效果，一般采用复合箍筋，箍筋沿全高加密；保证短柱的纵向钢筋对称布置，且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%的方式处理，也可以采用配X形钢筋、外包钢板等方式处理。

结语

随着不断加快的城市化进程，越来越紧张的城市建设用地，城市住宅建筑大多朝向超高层和高层发展，以提高用地效率，这也更高的要求建筑的结构设计水平。因而我们广大建筑设计人员应熟悉相关标准条文以及建筑设计规范，熟练掌握高层建筑结构设计的相关要点，合理选择建筑结构体系，做好结构设计的优化，提高建筑的结构安全性，降低设计成本，为社会创造出更多的高层建筑精品。

参考文献：

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