高层住宅建筑结构的选型及设计管理方法研究

1、    高层住宅建筑结构的选型及设计管理方法研究    赵红艳摘 要：近年来，随着科技进步和建筑水平的提高，我国住宅建筑逐步向着多元化和复杂化的方向发展，比如非线性建筑、大跨建筑以及超高层建筑等，完全打破了传统建筑类型。高层建筑是目前国内最为常见和普及的一种居民住宅形式，我们对高层住宅建筑的结构选型与设计管理进行讨论和分析，有助于进一步明确今后推进高层住宅设计思路，充分发挥高层建筑结构选型与设计管理的重要作用。关键词：高层住宅；建筑结构的选型；优化设计；方法研究1 引言随着高层建筑规模的不断扩大和投资的不断增加，结构选型作为建筑结构方案设计的重要环节，对

2、建筑功能、工程造价、社会效益等都将产生影响，正确处理高层建筑结构选型及结构优化设计问题，对高层建筑设计、施工、使用、维护等有重要意义。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。和框剪结构相比，剪力墙的对钢材的使用量要少很多，并且建筑内部的梁柱不会露出，深受用户的欢迎。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荷载能力。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

3、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 钢筋混凝土的结构体系结合利用钢筋和混凝土这两种材料的受力性能，是钢筋混凝土结构的重要特点。该结构不仅具有将近200年的历史，还在各种工程结构中得以广泛应用。钢筋混凝土结构的优点为较低的制造成本和维护费用，丰富的取材，较好的耐火性和可塑性，灵活的结构造型且整体性能较好等。钢筋混凝土结构正是因为这些优点得以成为传统的结构形式之一，并在我国高层建筑中始终占据着主导地位。如马来西亚吉隆坡建造的双塔楼采用的就是钢筋混凝土结构，该建筑共有85层，高达450 m。钢筋混凝土结构其缺点为自

4、重大且构件会占据大面积的空间、抗裂性和延展性较差、难以修复和补强、施工速度较慢等。以我国广东63层的国际大厦为例，其底层柱的尺寸便已达到1.8 m×2.2m，在建筑空间中占据了较大的面积。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

5、层建筑中的使用比较普遍。3 建筑结构的优化设计3.1 结合建筑类型进行优化汶川地震震害结果表明，对于教育类项目，如中小学，由于使用功能要求，相比其它建筑，教学楼竖向结构体系相对较弱，强度和刚度不足，并且建筑体型不对称，致使建筑在地震中易倾倒。因此教育类项目，应在建筑侧边及楼梯间布置剪力墙，以增强建筑结构的整体性与稳定性，使其具有良好的工作性能。针对文化体育类项目，例如图书馆、博物馆，根据其典藏书籍及文物的特点，其荷载大，使用空间大，平面不规则，在结构进行竖向布置时不必按照传统9m模数布置，某项目案列按12m模数优化柱网后，结构截面变化不大，但能更好满足建筑使用功能需求。3.2 结构的受力合理性

6、刚度的合理性：主体抗侧力构件的刚度合理性是高层建筑结构抗震性能设计的重要指标。为确保高层住宅能正常工作，其整体稳定性、强度延性和水平位移等均须符合建筑结构规范的相关规定。空间整体性：在结构中，竖向受力和水平传力这两大构件是其最为重要的组成部分。它们的布置和截面面积会因结构体系的不同而有所改变，以至于结构整体受力性能存在较大的差异。所以只有具有良好的整体性能，才能使结构的各部分形成共同受力体。3.3 结合建筑荷载进行优化越来越多的企业在项目建设过程中承受着巨额成本的压力，地下室优化的必要性不容忽视。在满足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考虑覆土、消防车、人防等荷载，再进行平面布置，并进行多方案

7、比选，项目实例表明，在常规8.5m×8.5m柱网情况下，荷载越大，采用大板结构，建筑物含钢量最低，最经济。在结构优化过程中应多方面考虑，对建筑安全、美观、经济等全面比较，以实现项目效益最大化。4 高层建筑结构设计中应注意的问题4.1 材料的选用在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。在结构体系或柱距变化时。需要设置加强层及转换层，要慎重选择其结构模式，尽量降低其本身刚度，以减少不利影响。在高层建筑中，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。4.2 高度高层建筑混凝土结构技术规程规定了各种常见结

8、构体系的最大适用高度。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，因此对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。5 高层住宅结构选型的影响因素探讨5.1 建筑功能因素对高层住宅结构选型的影响城市居民住宅的功能一般在建筑方案形成时就已经确定，而建筑结构设计也必须要围绕建筑功能进行，因此功能因素应该是建筑结构选型中最基础的一项。结构选型时，必须根据功能要求设计出完全符合功能参数的结构形式，否则将被视为不达标、不合格。设计时，要注意区分住宅建筑与酒店、办公楼等建筑空间设计的区别，其选型应严格按照城市居民住宅的相关需求和标准来执行。5.2 施工技术因素对高层住

9、宅结构选型的影响施工是设计之后的一个重要环节，而设计方案及图纸是施工的最终依据。因此，建筑结构的选型与设计必须符合当前该地区的建筑施工水平，也就是说，建筑结构选型必须基于建筑技术水平这一客观事实，不可盲目追求结构的新颖，否则将给后续施工带来很大的难度，影响施工质量的控制。此外，高层住宅结构选型还受到美学效应及建筑经济因素等其他方面的影响。5.3 结构受力因素对高层住宅结构选型的影响高层住宅结构受力因素对结构选型具有决定性的影响，各种结构体系均有不同的受力特征，體现在抗风等级、抗震等级、整体刚度等各个方面。高层住宅结构选型的目的在于确保建筑物整体结构体系能够合理受力，因此我们必须通过上述不同的参数对各种结构体系进行对比分析，筛选出最恰当的结构体系群，再综合考虑其他各项因素，从中选择最佳方案。6 结语综上所述，随着高层建筑进相关的科学技术的进一步的发展，满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。因此，通过对住宅结构的选型及优化设计，可完成高层建筑的结构优化，从而使得高层建