试论高层住宅建筑结构设计

卜洪孟

摘要：一个完整的高层住宅建筑必须由专业设计人员结合多方面的系统知识来完成，尤其是结构设计的优劣直接关系到建筑整体体型和空间的布置。因此，在进行高层结构设计过程中，应做好抗震概念的清晰掌握，采取各种构造措施，并通过适宜的分析软件以取得比较理性化的结果。只有各种专业人员通力协作，发挥各自的专业优势，才能择优选择最佳方案，进而设计出美观、实用、经济、安全的高层住宅建筑。

关键词：高层住宅；建筑结构；设计；优化

1.高层建筑结构设计特点

1.1利水平荷载是其决定性因素

利水平荷载已经成为了高层住宅建筑的决定性因素。在建筑的竖向构件中，因为其自身的重量以及楼面使用的荷载，所带来的轴力和弯矩的数值是和所建的建筑高度有着正比关系；然而，对建筑结构来说，水平荷载作用所引起的倾覆力矩以及在竖向构件中，其由此引起的轴力和建筑物的高度二次方有着正比关系；除此之外，对某一特定的高层住宅建筑来说，在大体上，竖向荷载是一个定值，然而，作为建筑的水平荷载上的风荷载作用以及地震作用，其数值是随着建筑结构的动力特性的变化而随之有着比较大幅度的变化。

1.2不能忽视轴向变形

在高层的住宅建筑之中，因为竖向上的荷载数值比较大，其可以在建筑柱中产生比较大的轴向变形，继而建筑会对连续的梁弯矩造成一定的影响，致使连续的建筑梁中间支座处负弯的矩值度减小，同时，跨中正弯矩以及端支座负弯矩值度增大；除此之外，给建筑构件剪力以及侧移造成影响，把建筑的构件竖向变形考虑进去及比较后，会直接得出一个不够安全的结果。

1.3结构延性成为关键的设计指标

高层住宅建筑和比较低的低楼房两者比较起来来说，高层的建筑结构更加柔和一些，在地震的迫害作用之下，高层的变形也更大一些。在建筑进入到设计塑性的变形时期之后，为了使建筑结构仍然保留比较强的变形能力，以免倒塌，尤其是需要在建筑的构造之上运用一定恰当的措施，从而来对结构具备充分的延性做出保障。

2.高层住宅的结构体系

2.1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。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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

3.高层住宅建筑结构设计的优化措施

3.1折减高层住宅建筑结构的周期性

高层住宅建筑在设计框架、顶盖等结构时，由于填充墙体的具体存在，导致实际中的结构表现出来的刚度比设计时候计算得到的刚度相差比较大，计算的周期同时也比实际的周期相差比较大。因此，结构剪力算出来偏小的时候，会造成房屋的一些结构产生不安全因素，所以应该适当把房屋结构设计时计算得到的进行折减，能够取得到显著的效果，但是高层住宅建筑的框架结构，不能折剪计算得到的周期。

3.2对剪力墙的设计要加强

剪力墙的设计关键是连梁设计。联肢墙是连梁把各墙肢进行联结组成，增大了约束墙肢的刚度。连梁刚度被增大导致结构地震作用同时增大，也增大了连梁与墙肢的分配内力，这种情况下只能把构件配筋量增大，这样的设计结果明显在很大程度上浪费了材料。所以，高层住宅建筑结构在设计的时候，不应该把具有大刚度的窗下墙当作连梁，而是要把连梁设计分为截面和小刚度的弱连梁。当然，满足了结构的刚度和变形的要求后，就要从经济的角度和抗力以及变形方面进行综合的考虑，合理进行抗侧力构件的布置。结构抗侧力的刚度随着剪力墙的数量增多而增大，但是相应的结构位移随之减小，抗侧力刚度变大的同时结构地震力也随之增大，非常不利于结构造价的控制。所以，剪力墙应该遵循周边分散、均匀等原则进行合理的布置，对水平位移的限值进行规范化，尽最大程度的把剪力墙的数量降到最低。

3.3高层住宅建筑结构耐久性设计的优化

高层住宅建筑结构耐久性的设计能够确保在高层使用后，在合理使用的寿命期限里，应该满足居住者的使用要求。一般情况下，高层住宅建筑结构的设计，最理想的是能够做到造价低廉和节约材料，然而最近几年来，人们的生活水平得到很大的提高，对生活质量的要求越来越高，加上在实际的工程中，由于一些使用要求、技术指标等成为了设计中的主要矛盾时，设计方案就无法单纯的追求节省经济。因此，在高层住宅建筑结构的设计以优化为目标时，应该要正确了解掌握设计中关键性的问题，主次分明的对目标进行设计的优化，使之能够达到整体满意的效果。

3.4高层住宅建筑结构抗震性设计的优化

进行图纸的设计时，应该按抗震设防进行分类，抗震等级要依照具体的建筑高度、结构类型以国家颁布的《抗震规范》为标准进行确定。在建筑中可以不考虑地震震力的振型数据耦联扭转的计算；当振型数据>3时，要以3的整数倍进行计算，但是数据必须小于建筑物的层数；当建筑物的层数低于2层时，振型数可以采用建筑物的层数。但是在房屋结构不规则时，就要对扭耦联转进行考虑，高层住宅建筑的振型数不能低于8，建筑结构的层数多、刚度系数大，就应该多要振型数，才能达到更好的抗震效果。

3.5结构设计要注重细节的优化

在设计过程中，不仅要注重整体结构，也要注重局部构件。浇板设计可以把异形板细分成矩形板，能够使受力更加均匀，同时也防止发生拐角裂缝。在建筑底部的梁箍筋使用的配箍量相当较大，因此箍筋采用冷轧带肋的钢筋，不仅可以减少箍筋直径和肢数，还能节约工程造价。当高层住宅建筑的结构不规则纵向时，特别要仔细计算出最薄弱的位置加以优化。

4.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：

[1]胡文湛.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].江西建材，2006（1）.

[2]张连生、刘德龙.高层建筑混凝土剪力墙设计要点[J].吉林勘查设计，