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高层住宅结构设计优化初探李晓龙

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第11期作者：李晓龙

[导读] 摘要：伴随着城市的发展进程，城市中高层建筑项目越来越多。高层建筑是我国城市化进程不断推进的产物，是极其寻常的一种建筑模式。

        天津市轻工业设计院天津 300000
        摘要：伴随着城市的发展进程，城市中高层建筑项目越来越多。高层建筑是我国城市化进程不断推进的产物，是极其寻常的一种建筑模式。具有结构复杂、建筑高度高、施工难度大等特点，在设计阶段必须进行科学地规划与安排，优化高层建筑工程的结构设计，提高建筑工程的整体性能，有利于顺利地开展施工环节，推动建筑行业的健康发展。基于此，文章介绍了高层建筑结构设计中常见的问题，提出了几点应对策略，以期为相关人员提供可靠的参考。
        关键词：高层住宅；结构设计；优化初探
        引言
        随着经济的不断快速发展，我国城市化进程的推进速度也在不断加快，对建筑物提出的建设要求越来越高。建筑行业虽然整体发展形势相对比较良好，但是由于当前我国土地资源已经处于非常紧张的状态，很多地区的土地资源已经逐渐呈现出供不应求的状态，对于现代建筑行业而言，为了能够有效应对这一客观因素带来的影响，逐渐将建筑建设方向的重点由多层建筑向高层建筑方面转变。高层建筑的兴起逐渐成为城市发展中非常重要的一部分，现代高层建筑在设计以及建造过程中，由于层数比较多，同时高度也比普通建筑物要高，所以必须要保证建筑物的结构具有非常良好的稳定性和安全性。这样不仅能够为高层建筑的质量提供保证，而且还能够减少对土地资源的大量消耗。
        1高层建筑结构设计的原则
        高层建筑结构在设计的时候需要遵循一些原则，这样可以保证民用建筑安全、稳固。首先在进行民用建筑结构设计时，需要考虑建筑中单位面积承受的载荷范围，并以此为依据将建筑结构的断面尺寸确定下来；其次，对于建筑结构中类似门窗与墙体之间的连接部位，需要确定其连接部位的安全系数；在结构设计中，还需要注意结构的外观，建筑结构需要在安全、稳固的基础上保证结构外观能够达到现代人的审美要求；最后，需要考虑结构体型组合及立面等方面，对于结构中的转头、收头、交接部位的接头进行设计的时候，需考虑建筑结构的整体性，这样才能使结构中的各个部位能够协调、统一。设计人员在建筑结构设计过程中需要有成本意识，要从工程的角度思考材料采购、维修、管理等环节的工作内容，在这个基础上对建筑结构进行设计，才能保证设计方案与实际相符，具有可操作性。
        2高层建筑结构设计中的突出问题
        2.1超高问题
        对高层建筑结构进行设计过程中，必须重视超高问题。充分地考虑楼层的实际高度给整个建筑物的施工质量造成的影响，再对建筑结构展开有效地设计。对于高层建筑工程而言，超高问题在设计中是极为常见的。因此，相关工程设计人员有必要根据建筑物的实际建设要求，全方位地考虑后期使用过程中可能出现的安全问题，确保工程后续使用的安全性。
        2.2嵌固端设计存在缺陷
        嵌固端设计在高层建筑结构设计中占据关键位置，而嵌入固端位置不合理和嵌固端设置在局部错层的地下室顶板中，是当前存在的主要问题。若高层建筑地下室高层嵌固端并未设置在大刚度的地下室顶板当中，则会出现明显的安全隐患，如设计人员不能精准把握，嵌固端无法打开，则无法合理处置交错地下室屋顶的固定端，也就无法保证结构安全。
        2.3剪力墙设置方面的问题
        剪力墙结构在高层建筑中是维持其结构设计科学性的一个重要结构。一方面，剪力墙对于建筑主体的承重能力会产生很大的影响。但从现实的角度来讲，剪力墙结构的设计在目前的高层建筑中，存在结构设计的一个典型问题，就是短肢剪力墙的出现，这种结构虽然在建筑结构中能够满足一定的建设需求，但从总体的建筑结构的稳定性来讲，是会对其稳定性造成不良的影响的。

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        3现代高层建筑结构设计的优化措施
        3.1高层住宅建筑结构的平面设计
        在高层住宅建筑的结构平面设计中应该重点思考建筑的传力和受力的平衡性问题，结构设计应该确保建筑在承受很大荷载时，避免发生建筑抗震性能耗损的现象，需要结构的平面设计实现规整化与简单化。应进一步做到以下几个方面：第一，平面设计应该遵从均匀、对称、规则以及简单的设计准则；第二，高层建筑的长宽比应符合规范要求，应该确保平面的宽度，限制平面的长度，确保平面结构的刚度，进一步控制长矩形平面的使用，以防止产生太大的扭转效应；第三，进一步避免使用细腰形与角部交叠平面，这种平面的协同能力差，连接很弱，假如将这种平面运用于很复杂的高层结构中，还需要进一步对细腰处楼板采取加强措施，确保结构设计的有效性；第四，不宜在平面的凹角部位与角落区域设置电梯，电梯应最大限度地布置在剪力墙的筒体上以保证电梯运行的安全性；第五，高层建筑中如伸缩缝以及沉降缝等结构设置，会形成独立的结构单元，这些结构单元应该确保刚度的对称性以及平面形状的规则性，才不会让建筑在地震中遭到破坏，对于刚度偏心的问题，应该在设计的过程中采取内力分析方法，对结构开展精确的计算，保证结构的安全性。
        3.2剪力墙墙身及边缘构件设计优化
        对剪力墙结构来说，剪力墙的用钢量约占总用钢量的40%～50%，边缘构件用钢量又约占剪力墙用钢量的50%。剪力墙一般按照GB50011—2010建筑抗震设计规范(2016年版)(简称《抗规》)和JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程(简称《高规》)进行设计。
        剪力墙边缘构件一般按以下原则进行设计优化:1)纵筋可以采用两种直径钢筋搭配配筋。边缘构件竖向钢筋大于《高规》7．2．15条、7．2．16条后，其余竖向钢筋可以采用小直径钢筋搭配配筋。2)剪力墙约束边缘构件可按照《高规》7．2．15-1条考虑水平分布筋计入体积配箍率。3)边缘构件箍筋可以采用两种直径，即外箍采用大直径，内箍采用小直径。
        3.3高层住宅建筑结构的抗震设计
        抗震设计可以确保建筑结构的牢固性，在对高层住宅建筑实施抗震设计时，应该整体考虑建筑的性能，进一步分析其承载能力、刚性、延展性以及稳定性。在薄弱环节中进一步加强抗震措施，让建筑形成一个完整的抗震系统，让抗震效果达到最佳。第一，高层住宅的结构设计应该同时具备一定的弹塑性以及刚性，进一步防止地震的时候建筑结构出现不能修复的变形；第二，结构设计应该避免刚性太大；第三，结构设计应该具有延展性很好的分系统，以防止结构的刚度不够时造成建筑整体的垮塌。住宅抗震设计的重点就是掌握好住宅的相关结构规则，最大限度地让结构的质心和刚心进行重合，提高住宅的抗震性能。
        3.4注重结构的细部优化
        对于高层住宅建筑结构的优化设计，在注重整体设计的同时，也应加强结构局部构件的优化设计。比如，在对现浇板进行设计时，需要把异形板尽量划分为矩形板，这样不仅能够确保结构受力更加合理，同时还能有效的避免拐角出现裂缝的现象。又比如，对于底框梁箍筋的设计，一般所需要使用到的箍筋数量较大。如果能够选用冷轧带肋钢筋作为箍筋，不仅能够方便整个高层住宅建筑工程的施工，同时还能节省大量的施工材料成本开支，以实现施工企业经济效益的更大化。
        结语
        目前高层结构设计存在一些问题，包括多方面的原因，不经意的疏忽可能会带来大的隐患，一名合格的结构工程师要在可控的范围内最大可能地减少问题的发生。在平时的设计中，严格要求自己加强概念设计的学习，结构计算方面建立正确的模型并且可以正确分析判断计算结果，加强构造措施的学习，要重视非结构构件设计（高层幕墙女儿墙引起事故不少），现在建筑造型趋于多样化复杂化，同时给结构设计工作带来新的挑战，设计师需要具备良好的专业素质、高度负责的态度以及与时俱进的学习能力以应对复杂的形式，为国家的基础建设和人民的人身财产安全贡献一份力量。
        参考文献
        [1]徐燕丽,丁志胜.高层建筑结构设计与施工方案研究[J].建筑•建材•装饰,2017(12).
        [2]万广利.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].文摘版：工程技术,2016,000(001):P.243-243.