高层住宅建筑结构设计要点

李军

摘要：随着我国经济社会的飞速发展，城市化进程速递的加快，大量的人口涌入到城市，城市规划、建设用地日趋紧张，所以，为了有效缓解城市建设用地的压力，高层住宅建筑迅猛发展起来，现如今城市间高层住宅建筑随处可见，因此，建筑结构设计人员在设计工作中将面对越来越多的高层住宅建筑结构设计，为此要加强建筑结构设计人员对于高层建筑结构设计水平。本文就高层住宅建筑结构设计要点进行了分析。

关键词：高层建筑；住宅；结构设计

引言：现代房屋建筑行业取得了很大的发展，高层住宅建筑的结构越来越复杂，从单层逐渐朝着多层、高层建筑发展，高层建筑的结构形式也日益多样化，这种变化当然更能够满足现代人对于高层住宅建筑的多样化需求。但是高层住宅建筑结构设计中一些常见问题并没有得到很好解决，对高层住宅建筑结构的安全及其质量有很大影响。结构设计是建筑设计中的第一阶段，也是决定建筑质量的重要环节，如果建筑结构设计不合理，不仅会导致后期施工中出现设计变更，增加工程投资成本，也会影响工程施工进度，对于建筑产品的效益会有很多不利影响。因此，如何有效规避高层住宅建筑结构设计中出现的常见问题，确保结构设计的科学性、合理性、安全性，从而提高建筑效益，应作为广大建筑设计者思考的重点。

1.高层住宅建筑结构设计的特点

水平荷载起控制作用，侧面位移必须加以限制，轴向变形在侧移中占有很大的份额，所以在结构体系选型时应充分考虑这几个特点。对于低层、多层或高层建筑，其竖向和水平结构体系设计的基本原理是相同的。但随着高度的增加，由于以下两个原因，竖向结构体系成为设计的控制因素：一个是较大的竖向和要求有较大的柱、墙和井筒；另一个更重要的原因是，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多，高层建筑结构设计人员必须以精心设计来保证。

2.高层住宅建筑结构体系的选型

2.1框架结构：其优点有结构的布置较灵活，室内的空间较大，特别是底层建筑空间较大，更加方便使用。缺点有框架柱的截面大且会突出于墙体，会对户型实际面积和家具的布置造成直接影响，且建筑物平面的布置要及其规则。

2.2剪力墙结构：按照建筑的平面布置进行钢筋砼剪力墙的设置，可以保证柱子不外露，很好地满足建筑在平面上的使用需求。缺点有结构自重大、刚度大、地震效应大。若建筑与结构的布置不够合理，会增加钢筋用量。

2.3框架剪力墙结构：该结构较多地应用在高层建筑结构中，其外部的框架主要用来承受竖直方向的作用力，框架的布置较为灵活。此外电梯井为剪力墙承受大部分水平荷载。此种结构形式比较适合于商业和商住等有大空间需求的建筑。缺点也是框架柱外露会影响建筑物的使用。

2.4短肢剪力墙结构：该结构是墙肢较短的剪力墙结构，其布置较为灵活，且结构的特点与剪力墙相类似。在非抗震区及抗震设防烈度低的地区该结构更加经济合理。

3.高层建筑平面布置

高层建筑结构设计应尽量采用规则的平面布置和立面对称造型在高层建筑方案设计初期阶段，应提倡平面布置和立面造型简单对称。简单、对称的建筑结构设计中，震害不容易破坏，在民用建筑结构方案设计时，首先应考虑抗震的概念设计，多采用规则的、对称的建筑设计方案，避免采用不规则的、不对称的设计方案。在平面、竖向建筑结构设计中没有明显的、突出的突变，并应尽量避免整体扭转不均匀的现象出现，使质量中心和刚度中心基本相重合。在建筑结构体型上简单、抗侧力体系的刚度和承载力上下变化应连续。

4.高层住宅建筑基础设计

基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型与载荷分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。与一些底层和中层建筑的设计相比，高层建筑结构的承载力设计必项要具备足够的刚度。除此之外，高层建筑的外墙、玻璃等保护设施除了具备可靠的承载力，还需要和主体结构保持可靠的连接。

5.控制侧向和水平位移

高层建筑结构设计中，因为高度的不断增加，建筑物随着高度的变化会发生一定的侧向位移现象，这个主要和建筑物横向水平荷载有关，所以高层建筑结构设计需要考虑结构具备一定的刚度和承压力。如果发生侧向位移对于建筑物自身的质量安全非常不利，直接会导致坍塌现象的发生。通常清况下，高层建筑结构设计对于水平位移的限值有严格的要求，对于风荷载、地震荷载、弹性作用等都有合适的计算方法。此外，楼盖结构要具备合适的舒服度，竖向震动频率不能小于3赫兹。

6.高层住宅建筑剪力墙设计

6.1剪力墙的布置

剪力墙布置必须均匀合理，使整个建筑物的质心和刚心趋于重合，且X，Y两向的刚重比接近。在结构布置应避免一字形剪力墙，若出现则应布置成长墙（h/w＞8），规范中对普通墙及墙的界定是墙高厚比8倍以下为短肢墙，大于8倍则为普通墙;转角处墙肢应尽可能长，因为转角处应力容易集中，两个方向均应尽量布置成长墙。

6.2剪力墙的配筋

针对剪力墙的配筋（以200mm厚的墙体来说），通常要保证水平方向的钢筋布置在外侧，而竖直方向的钢筋布置在内侧。墙体的配筋需满足相关计算结果与规范规定最小配筋率。但地下部分墙体配筋则另当别论。因为地下部分墙体配筋大多由水压力，土压力产生的侧压力控制，而由于简化计算经常由竖向筋控制，此种情况下为增大计算墙体有效高度，可将地下部分墙体的水平筋放在内侧，竖向钢筋放在外侧。地下部分墙体钢筋保护层应大于50mm，且在保护层内增设双向钢筋网片。

7.高层住宅建筑结构抗震设计

随着建筑结构设计技术术的增长，我国高层住宅建筑结构设抗震计要求不断提高，高层混疑土结构构件需要根据抗震结构的分类、裂度、结构类型、房屋高度等众多因素来采取不同的抗震设计。抗震结构设计需要因地制宜，根据高层建筑结构所处的地理位置和周围坏境来综合考虑建筑结构设计的性能。为实现建筑抗震设防目标，不但要求框架和剪力墙有必要的承载力和刚度，还应具有良好的延性和耗能能力，而成为延性耗能结构。由于梁是受弯构件，相比作为压弯构件的柱，更容易实现大的延性和耗能能力，应尽量使塑性铰出现在梁端，除底层柱嵌固端外，柱端不出现塑性铰。连梁屈服先于墙肢，使塑性变形和耗能分散于连梁中，可以避免墙肢过早屈服导致变形过大而形成倒塌机制。为使梁、柱、墙肢出现弯曲破坏，通过调整截面受剪承载力与受弯承载力相对大小，来避免构件出现脆性受剪破坏。

8.结语：

在高层建筑结构设计时，应该对超高、抗震抗风、消防、规则性、嵌固端设置等问题进行充分认识，提前结合地质条件与基础条件对各个影响因素进行分析，不断进行优化设计，确保高层建筑结构本身的稳定性，提高使用寿命与质量结构设计不是孤立存在的，而是与其他的设计相辅相承结合目前经验所发现的问题进行优化，避免对质量造成影响随着我国专家学者对高层建筑结构设计研究的不断深入，结构设计将更力。完善、促进我国城市建设水平的提高。

参考文献：

[1]李天民,胡先之.高层住宅建筑部分框支剪力墙结构设计[J].技术与市场,2015,04:54-55.

[2]郜记华,申春梅.高层建筑住宅剪力墙结构设计的问题分析[J].门窗,2015,03:128+133.