摘要：随着城市化进程的加快，给城市发展带来了动力，也带来了压力。压力之一是对住宅的需求量逐年上升，土地资源越来越贵。为了减少土地资源的使用，就需要发展高层住宅。本文通过对高层住宅结构设计研究，总结出高层住宅结构设计的现状及存在的问题，并针对结构设计问题，提出了高层住宅结构设计的优化策略，为建设安全、坚固的高层住宅提供依据。
关键词：高层住宅；结构设计；优化设计；策略
引言
伴随着我国可用土地面积的日渐减少以及人口数量的进一步增多，造成各大城市的高层住宅建筑逐渐增多，能够预见超高层与高层的住宅建筑将会变成我国以后建筑行业的发展趋势。针对高层住宅建筑来说，最主要的是应该保证其对应的建设质量，进一步为人们提供更加安全与舒适的居住环境。而为了保证其具有很高的建设质量，应该进一步做好其结构设计工作。这就需要充分优化高层住宅建筑的结构设计，为高层住宅建筑工程的高品质建设奠定坚实的基础。
1、高层住宅建筑结构设计的一般要求及应遵循的基本原则
1.1 高层住宅建筑结构设计的一般要求
1.1.1 安全稳固
建筑结构作为建筑物的支撑骨架，关系着人们的生命财产安全，安全性是高层住宅建筑结构设计最基本的要求。建筑结构设计应考虑结构的整体性能，和每个构件的安全可靠度，使结构体系中每个构件都具有合理的可靠性，确保整个结构体系的安全性能，确保满足结构设计规范的标准。
1.1.2 自然舒适
高层住宅建筑主要功能之一就是为人们提供高品质的起居条件及环境，相应地，高层住宅建筑结构设计也要以自然舒适作为设计要求之一。在结构设计过程中，要能最大程度地满足建筑平面布置、内部空间高度和建筑立面等使用功能和外形观感的要求，使得用户在工作和生活中感到舒适，生活质量得到提升。
1.1.3 经济实用
经济性新时期以来，由于市场经济对资源配置的要求和引导，使经济性成为建筑结构设计必须要考虑的重要因素。经济性主要是指通过建筑结构优化设计，对建筑材料、工具等进行科学合理的资源配置，减少建设成本的浪费，进而控制建设过程投入。与此同时，由于部分建筑材料具有一定的稀缺性，进行建筑结构优化设计能合理地控制建筑材料的使用，节省建筑成本。
1.2 高层住宅建筑结构设计应遵循的基本原则
高层住宅建筑结构设计在满足建筑功能的一般要求的同时，还要注重在设计过程中遵循以下几项原则：①高层住宅建筑结构设计要借助于结构设计相关计算指标及设计经验来确保结构设计方案能够满足现行高层建筑结构设计的相关规范指标。②高层住宅建筑结构设计要以安全性及功能性为设计原则。③高层住宅建筑结构设计要特别关注关键部位及重点部位的设计，着重保障该部位的设计原则须符合高规的标准。④为获取最佳设计效益，要本着造价优化控制的原则，对高层住宅建筑的结构构件进行分析，做到资源配置合理。
2、高层住宅结构设计
高层住宅的结构设计过程中需要做到两个方面，一是结构安全性；二是设计经济性。这要求在进行高层建筑进行合理设计的同时，既要关系结构安全，又要关注生命安全，使用绿色环保的材料；同时还要保证施工效率，以获得经济效益。
2.1 高层住宅平面结构设计
在高层住宅的平面结构设计中要考虑到建筑结构如何实现承受较大的压力避免外力对高层建筑的整体结构造成影响。在高层住宅平面设计中要注意一下几点：第一，保证结构本身有一定的刚度，控制平面的高宽比，将建筑体型控制在一定的规则体型内，保证结构本身的合理性。要考虑到电梯的位置，因为电梯在高层建筑中，其四周往往用剪力墙布置核心筒，该位置的刚度很大，作为结构抗震的第一道防线，其布置位置应尽量布置在中心，且应有一定规律，例如对称布置，使总体结构的平面和竖向刚度均匀，从而均匀传力，更应避免在凹角部位和端部角区设置剪力墙核心筒体。第二，在设计过程中要注意高层建筑的伸缩缝的结构设置，刚度偏心的问题，保证这些衍生出来的结构单元平面形状的规则性和刚度的对称性、避免建筑在地震中受到损害，影响到居住人员的生命健康。第三，在较为复杂的高层建筑设计时要注意对平面的角部和不同刚度之间的连接处的楼盖加强的问题，保证结构设计的安全性和有效性。
2.2 高层住宅结构竖直设计
在高层住宅结构竖直设计中保持结构的稳定性是设计的重点，要保持建筑结构的竖向构件的最大的水平位移以及层间位移在A级高度下应小于等于楼层的层间位移平均值的1.5倍（宜小于等于1.2倍），这就要求结构的竖向构件尺寸要逐层减小，但又要控制在一定的范围内，太刚则浪费材料，太柔则不满足规范要求，而混凝土的强度也可以保持不变，但通常来说也是越往高处按照一定的规律降低混凝土强度。高层除了使用框架结构，还可以通过采用剪力墙的使用提高结构整体刚度和稳定，使高层建筑受力达到合理传递，从而提供良好的结构延性，提高建筑物的抗震能力。
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2.3 高层建筑结构设计控制参数
在高层建筑的结构设计中有效的控制参数，提高对高层建筑结构的整体把控，对于建筑结构的安全性有着重要的影响。在高层建筑的结构设计中会观察到各种参数作为控制指标，如位移比、周期比、轴压比、刚度比等参考数值。其中刚度比可以作为竖向结构规则性的指标，减少结构薄弱层出现的概率。刚度比主要用于控制柱的刚度和本层剪力墙的刚度调整上。周期比可以用于调整整体结构的抗扭刚度的指标，通过调整结构的布置来提高建筑的质量。层间位移角可以很好的避免位移的过大改变，保持结构的稳定性和安全性。
2.4 高层住宅功用上的特点
城市高层建筑是城市发展的标志，侧面反映了一个城市的发展水平。可以有效的节约土地资源，提高绿化面积，不仅可以提高经济效益，还间接的提高社会效益，达到保护城市环境的效果。但是随着高层建筑数量的增多，高层建筑的质量也参差不齐，在高层建筑过程中出现许多问题，如：地质下降、环境污染、建筑结构不稳定。所以高层住宅结构设计的优化十分必要。
3、高层住宅建筑的结构设计优化策略
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。
3.2 高层住宅建筑结构的竖向设计
高层住宅建筑的楼层会逐渐增加，为维持建筑的稳定性，建筑刚度增加的同时，竖向荷载也逐渐加大，而且随着建筑高度的增加，侧向力也在持续扩大，在竖向设计中处理的首要问题就是避免出现薄弱层。假如建筑中具有薄弱层，那么地震发生的时候首先会损坏薄弱层，对建筑整体的安全以及稳固产生重大影响。所以，在结构竖向设计时应该注意建筑立面多选择梯形以及矩形等规则的形状，确保结构的形状稳定，在设计的过程中让结构的刚度、承载力从下至上均匀变化，逐渐减小，不形成突变。还可以通过控制混凝土的强度，控制剪力墙的轴压比值以及合理布置剪力墙等来确保结构拥有良好的延展性，提升结构的抗震性能。
3.3 高层住宅建筑结构设计的控制参数
控制参数对结构设计具有重要的作用，它对建筑结构的安全性产生了直接的影响，所以应该将参数控制在一个有效、合理的范围内，进一步提
升对结构的控制率。这些参数包括各种比率，比如轴压比、剪重比、位移比、周期比以及刚度比等等，不同的参数对建筑具有不同的作用。例如：剪重比可以进一步限制每个楼层的水平地震剪力最小值，防止结构中出现薄弱部位，进一步保证结构的安全，假如剪重比值没有满足规范的要求，可以扩大柱与墙等竖向构件的截面面积来进行调整；位移比主要是为了限制结构平面布置的不规则性，以避免结构产生较大的扭转效应，当位移比不满足时可以调整结构平面布置，减小结构刚心与形心的偏心距。
3.4 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。
4、结束语
高层建筑的发展在一个侧面反映了我国经济的发展和城市化进程的加快。随着高层建筑的增多，如何在保证施工效率的前提下，提高高层建筑的稳定性和安全性是目前各建筑企业面临的主要问题。在建筑设计过程中要积极把握高层住宅结构设计的现状及存在的问题，并针对高层住宅结构设计的现状及存在的问题提出高层住宅结构设计的优化策略，最终保证高层住宅的稳定性和安全性。
参考文献：
[1]对高层住宅结构中剪力墙结构设计要点的探究[J].康佳梅.建材与装饰.2017（40）
[2]高层住宅结构设计优化方法研究[J].徐斌斌.科技展望.2017（09）
[3]高层住宅结构设计中的问题探讨[J].赵国，崔涛.住宅与房地产.2016（18）
[4]论高层住宅结构设计中应优化的几个方面[J].曲秀丽.山西建筑.2013（21）
[5]中高层住宅结构体系优化设计研究[D].秦力.大连理工大学 2003
论文作者:黄伟坚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/18
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