谈高层住宅混凝土结构优化设计
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摘要：文章简单介绍了高层住宅结构形式，通过对高层住宅结构设计的要求进行分析，探讨高层住宅结构优化设计的有效应用，以改善传统的高层住宅结构设计模式，促进高层住宅结构设计水平的提升，保障高层住宅建筑设计质量，为人们提供更为舒适和安全的住宅环境，从而推动高层住宅建筑工程的可持续发展。
关键词：高层建筑；住宅结构；优化设计；有效应用
随着我国社会经济的高速发展，建筑工程行业也取得了显著的成效，各类建筑数量逐渐增多，规模不断扩大，尤其是随着城市化进程加深，各类高层住宅更是大量出现。为保障高层住宅建筑结构质量，应当采用现代化设计水平，基于人们的生活需求来进行科学设计。高层住宅结构的设计并不是一项简单的工作，其涉及多方面内容，需要进行系统化把控，以提高结构设计水平，满足安全、经济、适用、合理的原则。
1高层住宅结构形式
高层住宅结构主要有以下几种形式：（1）框架结构形式。这一种结构，在空间布局上十分灵活，建筑内部空间比较大，底层空间的实用性比较强，而且在设计上操作较为便捷。但这种结构形式的不足之处在于框架柱的截面面积比较大，而且在柱位置会突出墙体，会影响高层住宅户型的实际实用面积，不利于提高高层住宅空间利用率，同时会影响住户的家具布置，降低住户的使用感受。（2）异形柱框架结构形式。这种结构设计与框架结构比较类似，异形柱的宽度和墙体的厚度保持一致，能够有效布置室内的空间布局，但其缺点在于其抗震性较差，适用高度低，不适用于高层住宅。（3）框架剪力墙结构形式。这一种结构多适用于高层住宅中，其竖向荷载主要由框架柱承担，因此能够随建筑功能要求灵活布置，便于实现大空间、大柱跨的建筑要求；水平荷载荷载主要由剪力墙承担，同时剪力墙也承担一部分竖向荷载。通常在一些商业住宅，或是有商业空间要求的建筑中使用较好，其缺点在于框架柱截面较大，对住宅建筑的使用有较大的影响。（4）剪力墙结构形式。这一结构主要是根据建筑的平面布置，来合理布置钢筋混凝土剪力墙，由于其不存在外露柱子，能够提高室内空间的利用率，而且也较易满足住宅建筑的平面使用要求，但其不足之处在于剪力墙结构的刚度较大，对地震的反应比较强烈，而且剪力墙体自身较重，若是在设计上存在不合理之处，将会导致材料使用量的较大增加。（5）短肢剪力墙结构形式。这一结构属于剪力墙的一种，在布置上较为灵活，与剪力墙结构的功能性差不多，但是其适用范围有限，只有在非地震区，或是地震烈度不高的地区，才会有更好的经济性[1]。
2高层住宅结构设计的要求
2.1提高稳固性，保障安全性
在进行高层住宅结构设计的时候，一定要保障其结构的稳定性，如此才能为高层住宅建筑工程质量提供重要保障。结构作为骨干基础，其肩负着整个建筑物的安全性，直接关系着居民的生命财产安全。因此，在设计高层住宅结构时，必须全方位地进行系统化考虑，每一个细节、每一个构件都要有严加把控，精确每一个设计参数，需要处理好构件和构件之间的联系，以此来维护高层住宅结构的稳定性，使其安全系数达到规定规范要求。
2.2提升舒适性，发挥功能性
高层住宅建筑的作用在于满足人们的日常生活需求，为人们提供一个舒适的居住空间。在建设高层住宅结构的时候，需要突出其功能性，根据人们的实际需求来进行科学设计，所规划的设计方案不可脱离实用性。应当基于高层住宅建筑的实用功能，来科学布局其内部空间，规划设计平面布置，并且实施高质量的外立面设计方案，以此来提高高层住宅建筑的美观性，与此同时又体现出其良好的居住功能，增强人们的居住体验感，使人们感到舒适和安心[2]。
2.3经济性
在设计高层住宅结构时，还需要考虑到其经济性，这一因素十分重要。规划的高层住宅结构设计方案，需要以保障高层住宅建筑质量为前提，选择最具有经济性的设计方案。要根据高层住宅结构的设计需求，使用合适的施工材料，科学应用施工设备，优化高层住宅建筑施工的各项资源配置，提高资源利用率，在不影响整体施工质量的基础上，减少施工成本，加强对高层住宅建筑施工资金投入的管理，有效利用投入资金，避免资金的浪费。优化高层住宅结构设计，尽量减少稀缺材料的应用，提高建筑施工效率，使其能够在规定工期内完工。
3高层住宅结构优化设计的有效应用
3.1高层住宅结构的基础设计
以某高层住宅为例，其属于小高层，共有15层，使用年限50年，建筑结构的安全等级为二级，抗震烈度要为7度，属于丙类抗震设防类别，在商业楼层有局部错层。本项目没有设置地下室，根据地勘报告的情况，本场地浅层地表填土较深，须采用桩基础形式。一般情况下桩基础埋深的数值，应当是建筑物高度的1/18。本工程的住宅高度为41m，基础埋深应当为2.27m左右。在设计桩基础的时候，根据相应的土层参数，选择经济性更好的桩型，但前提是要保障桩混凝土总量相差不大。应将桩尽量设置于剪力墙的下部，以在稳固地基梁的同时，减少钢筋材料的使用量。
3.2高层住宅结构的上部结构设计
在进行高层住宅结构上部结构设计的时候，先要根据实际需求来选择结构类型。小高层建筑局部中有两层属于商业用房，需要根据相关规定要求来进行参数设计，控制好现浇剪力墙结构的伸缩缝间距，其间距可设置为45m，通过抗震缝来将上部结构细分为两个部分。在设计的过程中，一切要从实际出发，所设计的参数，或是选择的类型，都要符合小高层的实际建设需求，从多个方面来进行细致的考虑。比如，要突出小高层建筑的平面实用性，由于其对商业部位的空间大小并无过多的要求，在设计的时候可选择剪力墙为上部结构，商业部位的错层结构选择普通剪力墙结构即可。设计剪力墙结构的时候，需要考虑到抗震需求，根据规范的要求来确定剪力墙的配筋数量。若应用的是短肢剪力墙结构，则需要在短肢剪力墙的端部设置合适的约束边缘构件，提高剪力墙的抗震等级，另一方面要计算出合适的钢筋配筋率以及配箍率[3]。在确定高层住宅上部结构类型之后，便要进行有效的结构设计，计算出其中的各项参数值。高层住宅剪力墙结构设计，需要先了解高层建筑的整体平面布局，在设计其平面的时候，应当尽量保持布局的平衡性和均匀性，可采用对称设计方法，避免出现过多的结构扭转因素。高层住宅建筑的纵向布置应当具有连续性，要控制好建筑结构的刚度，避免其突然发生变化而影响了结构的稳定性。在这一工程中，影响结构设计的因素主要有三方面：一是存在商业错层，错层会使结构的质心钢心有所偏移，存在扭转影响；二是在端部开窗，会形成一字墙，并且在这个高层住宅建筑中，一字墙的数量还并不少；三是在平面布置的时候，存在凹口，若是不控制好凹进去部分的尺寸，那么则会导致平面结构出现不规则性，抗震能力会减弱。基于以上问题，在进行结构设计的时候应当做到以下几点：（1）设计剪力墙的时候，需要将其长宽比控制在8以上，可选择T型或是L形的墙体，尽量不选择单方向墙体，应当维持剪力墙的均匀受力。剪力墙的厚度可控制在200mm，错层处的剪力墙厚度可为250mm；（2）在平面布置的凹口处，可进行拉梁和拉板处理，以解决平面不规则问题；（3）可于错层处加厚楼板，并且在配筋的时候要做到双层双向；（4）加厚转角处的楼板，角部开洞处则要加强配筋。在计算结构位移的时候，需要考虑底层参数情况，还要控制好结构的刚重比和偏心率，并且可通过科学的计算来预估结构设计的周期。在此工程中，如果所使用的剪力墙高度和厚度的比例大于8，或是在5~8之间，那么则应当按照剪力墙的施工规范来进行设计和配筋，如果所使用的剪力墙高度和厚度的比例小于3，那么剪力墙在配筋的时候需按柱配筋，若是在3~4之间那么则要按照异形柱的配筋方式来进行设计。在剪力墙结构设计过程中，存在连梁配筋计算不准确，难以满足实际要求的状况，这是因为剪力墙中的连梁跨高比较小，地震作用下剪力一般会较大。在设计的时候，需要根据实际情况来确定连梁的最终截面高度，通常情况下，其高度保持在洞口顶部之下，楼层面之上，可将砌体材料砌筑于窗台下部。如果是凸窗，则需要加设一根梁，梁与梁之间要做好砌筑工作，实施对称配筋。若是在设计过程中，连梁的高度超过了700mm，那么所使用的腰筋直径应当在10mm以上，之间的间距不可超过200mm。
3.3控制结构超限问题
在设计高层住宅结构的时候，要重视概念设计，根据实际需求以及建筑物的功能要求，来选择合适的结构类型，按照规范要求来布置抗震构件，明确结构设计中的关键部位，把握其设计重难点，全面了解构造要求。在设计时，要注重结构的稳定性和安全性，要在保障住宅结构质量的前提下，选择经济效益较高的设计方案，并且还要确保所设计的结构建设方案符合实际要求，具有可行性。若是存在结构超限问题，将会影响整个工程质量，降低工程的经济性，因此在设计的时候要加强对超限项的控制，实施科学的设计措施来提高其经济效益。
4结语
在进行高层住宅结构设计的时候，应当从多方面来进行综合性考虑，不仅要突出高层住宅建筑的功能性，提高其实用性，为人们提供舒适而安全的居住空间，合理而灵活地布局空间，还要考虑到结构设计的经济性，需在不影响高层住宅结构质量的前提下，尽量选择经济性较高的结构设计方案，以此来提高高层住宅结构设计效益。要加强对高层住宅结构设计的把控，根据实际情况来设计图纸，确保其具有足够的可行性。
参考文献
[1]吕啸斐.高层住宅结构设计的优化策略解析[J].中国房地产业，2017（15）：91.
[2]宋郁茹.高层住宅建筑结构设计的优化[J].住宅与房地产，2017（15）：202.
[3]莫锐.浅谈高层住宅结构优化设计标准[J].中国标准化，2016（18）：130-131.
作者：康庭豪 王青琴 张浩 单位：中机国际工程设计研究院有限责任公司