高层住宅结构设计优化的措施分析

高层住宅结构设计优化的措施分析

袁斌波

浙江禾泽都林建筑规划设计有限公司312400

摘要：随着高层住宅结构的不断发展，城市人口发展与用地紧缺之间的矛盾得到了有效缓解，居民生活质量有了很大的改善。但是通过对现阶段高层住宅结构建设状况的分析研究后发现，在结构设计方面尚存在一些问题，为此要不断优化高层住宅建筑的结构设计，努力提高高层住宅的利用率。本文首先介绍了高层住宅建筑结构设计的具体要求、设计原则，紧接着制定了高层住宅建筑的结构设计优化策略。

关键词：高层住宅；结构设计；优化方法

为了更好地适应我国人口数量的持续增加以及可用土地面积不断减少的趋势，国内许多城市都大量发展高层住宅建筑，这类建筑也因此成为了我国建筑行业未来的一个重要发展趋势。为了促进高层住宅建筑的规划化与长期可持续发展，首先应确保其满足建设质量标准，使人们能够获得舒适、安全的居住条件。同时，还要通过合理的结构设计来获得更高的建设质量，因此高层住宅建筑的结构优化就成为了保障高层住宅建筑品质的关键措施。

一、高层住宅建筑结构设计的具体要求

（一）稳固性与安全性

建筑结构对于整体建筑来说起到一个骨干的作用，是支撑建筑的重要基础，因此这对住宅居民生命财产具有重要保障的作用，也是实现住宅建筑功能的前提，尤其是建设高层建筑的过程中必须合理优化整体结构，为了进一步提高建筑的整体牢固性与并实现可靠连接，应严格按照国家标准要求来设计建筑的结构。

（二）功能性与舒适性

从实用性角度考虑，高层住宅建筑可以使人们获得高品质住所，充分保障人们对住宅建筑的各项功能需求，在设计设计高层住宅建筑结构的时候也需要考虑上述条件，充分实现建筑的各项功能并满足舒适性要求，对结构进行设计时，应对建筑的平面布局、外立面与内部空间结构进行综合分析，使居住人员获得更舒适的居住感受与美感，最终促进居住生活品质的显著提升。

（三）经济性

在建设住宅的过程中，经济因素是一个最重要的影响因素，这对建筑的结构起到了决定性作用，因此必须选择最合理的建筑结构来改善其经济性，采取不断优化的方式并为建筑配置各类所需的设备、工具与材料，有效降低整体建设成本，使建设资金得到最大程度的控制，尤其是要重点关注节约使用各类稀缺建筑材料，充分优化建筑结构的设计模式，确保所有材料的用量都得到充分控制，从而实现有效降低建设成本并提升建设效率的目的，同时也能够更好地缩短建设工期。

二、高层住宅建筑结构设计的相关准则

设计高层住宅建筑结构时除了要符合建筑的各项基本要求以外，还要遵循下述几项条件：首先，应综合运用结构理论计算与已有建设经验来达到高层住宅建筑结构的最优化，确保结构设计与当前现有高层建筑结构设计标准相符合；其次，设计高层住宅建筑时需对重点部位与各关键节点进行重点分析，使其耐久性、承载力都能够达到结构设计的要求；最后，应全面控制建筑工程的整体造价，通过选择更加合理的建筑结构，去除不必要的部分，从而实现设计效益的最大化。

三、高层住宅建筑的结构设计优化策略

（一）高层住宅建筑结构的平面设计

设计高层住宅建筑结构时需对建筑各个部位承受的载荷作用力及其传递过程进行综合研究，通过优化设计结构使建筑能够在较大载荷作用下也能保持稳定状态，防止出现建筑抗震性能受损的问题，不断简化结构平面布局并提高规整性。需要重点关注下述各个方面：（1）需按照均匀、规则、对称与简单的准则来设计平面结构；（2）确保高层建筑达到满足规范要求的长宽比，尽量保证平面达到基本的宽度尺寸，并将平面长度限制在合理范围内，充分保障平面结构满足良好的刚度要求，避免形成长矩形结构的平面而引起扭转效应产生不利影响；（3）防止出现细腰形和角部相互交叠的平面结构，由于该形式的平面结构无法实现良好的协同能力，不能形成稳固连接，如果要在高层建筑中运用上述平面结构，就必须强化细腰部位的楼板稳定性，保证结构设计完全可靠；（4）电梯应避免被安装于凹角区域或角落处，应尽量将电梯设置于剪力墙筒体上，确保电梯的安全运行；（5）高层建筑的沉降缝与伸缩缝都会产生特定结构单元，应确保其具备对称结构以满足刚度要求并尽量采用具有规则外形的平面，有效提高建筑的抗震性能，遇到刚度偏心的情况时，应设计阶段通过内力分析的方式对其进行分析，通过精确的结构尺寸计算来提高结构安全性。

（二）高层住宅建筑结构的竖向设计

随着高层住宅建筑包含更多楼层后，为提高建筑整体稳定性，除了建筑刚度需要提高之外，还会出现竖向荷载的增大现象，并且当建筑高度上升后，还会引起侧向力的进一步扩大，因此进行竖向设计时应尽量防止形成薄弱层。发生地震时，通常都是建筑的薄弱层先受到破坏，从而极大降低建筑的整体安全性与稳固度。因此，对竖向结构进行设计的过程中需将建筑立面设置为梯形与矩形的规则结构，由此提高结构的稳定性，同时在设计阶段应控制结构承受载荷的能力、刚度形成均匀变化的趋势，避免出现突变的情况。此外还应选择更高强度的混凝土，优化设计剪力墙轴压比，通过剪力墙的优化结构来改善其延展性能，使结构达到更高的抗震性。

（三）高层住宅建筑结构设计的控制参数

在结构设计方面还应注意参数控制的合理性，这对提高建筑结构安全性又发挥着非常重要的影响，因此必须把参数设定在合理区间内，有效提高结构控制能力。要设定合理的参数比率，具体包括刚度比、剪重比、轴压比、周期比、位移比等，建筑安全性受到上述各项参数的共同影响。其中，剪重比对各楼层水平地震剪力起到直接作用，通过消除结构薄弱环节来保障结构安全性能，例如当剪重比未符合规范条件时，可通过增加墙体和柱结构的横截面积来达到适当调整的目的；设定位移比能够减小结构平面布局的不规则性，防止结构出现过大扭转情况，如果计算得到的位移比结果没有满足设计标准应对结构平面的布局进行合理调整，尽量降低结构刚心和形心之间的偏心距。轴压比可以反映墙柱受到外部载荷的作用程度，使结构满足延展性要求，通常可以设置不同的墙柱混凝土强度或提高墙柱截面积来实现调整的功能。

（四）高层住宅建筑结构的抗震设计

对高层建筑进行抗震设计能够提高建筑牢固程度，其中，高层住宅建筑应从建筑整体性能进行分析，使其刚性、承载力、延展性与稳定性同时获得提升，尤其是要对薄弱部位的抗震能力进一步优化，将整个建筑结构作为一个整体进行抗震设计，实现最优的抗震效果。首先，应使高层住宅结构设计在刚度与弹塑性方面同时满足要求，避免地震时建筑结构发生无法修复的变形情况；其次，应减小结构设计的刚性突变程度，形成缓慢过度的状态；第三，需选择具有良好延展性的分系统，避免结构刚度不足的情况下导致建筑垮塌的后果。由此可见，设计住宅抗震性能的关键是要对住宅结构规则进行深入分析，使结构质心与刚心处于重合位置，确保住宅获得优异的抗震能力。

四、结束语

总体来说，结构设计已经成为高层住宅建筑的一项重要内容。在实际工作中，设计人员需对高层住宅建筑的各项结构设计内容进一步深入分析，通过更加深入的理论研究并与实践建设需求相结合来提升结构设计的能力，不断优化高层住宅建筑的设计结构。

参考文献：

[1]刘金龙,江韩,宋九祥,赵学斐.南京世茂G11项目2号楼超高层住宅结构设计[J].建筑结构,2018,48(S2):19-23.

[2]胡利.多高层住宅结构设计中的含钢量控制分析[J].建材与装饰,2018(22):79-80.