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摘要：随着我国经济和建筑技术的发展，建筑的结构不断变化，建筑的高度不断增加。对于高层建筑来说，其结构设计的好坏直接影响着其施工建设难度和维护质量。本文介绍了高层住宅建筑结构的优化设计。
关键词：高层建筑；结构设计；优化方法
1 高层住宅建筑结构设计的要求
1.1 满足经济性要求
住宅作为商品，开发商为追求经济效益，要求投入少，经济效益好，购房者则要求房屋设计布局好，外观美，房价适中，质量上乘。因此，结构设计应根据房屋的建造地点、平立面体形、层数多少，在满足安全性、耐久性和舒适性要求的前提下采用经济合理的结构体系，在设计中应严格执行规范构造要求，注意避免不必要的浪费。尤其在地基基础设计中更应该注意方案的经济比较，因为地基基础设计方案合理与否对房屋造价至关重要。
1.2 满足安全性和耐久性要求
住宅实行商品化后，应成为广大住户的耐用消费品，使用寿命长是区别于其他消费品的最大特点。因此，结构安全性和耐久性是住宅结构设计的最基本的要求。在结构体系的选择，材料的选用，都应该有利于抗风抗震，以及在使用寿命期间维修改造的可能性。
1.3 满足舒适性要求
住宅建筑设计应该为住户起居的舒适性要求提供条件，为此结构设计应较好地配合建筑和机电专业，尽可能在居住空间中避免露柱露梁的压抑感和采用隔音较差的分隔墙材料，使室内简洁明快，隔声较好，给居住者创造一个幽静舒适的环境。结构方案中还应考虑住户日后改变分隔空间的可能性，当采用剪力墙结构时，宜采用大开间布置。
2 高层建筑结构设计的原则
2.1 科学合理选择基础方案
在高层建筑项目施工之前，应结合高层建筑项目周边的地质、地貌条件，科学合理的选择基础设计方案，对于高层建筑项目的结构类型、荷载分布，设计人员必须要熟练全面掌握，以便于能够全面、仔细的分析高层建筑结构形式、地质条件等各方面条件，最终科学合理的选择基础方案。
2.2 选择合理的计算简图
对于高层建筑结构设计来说，结构设计的计算必须要依照计算简图进行，因此，倘若计算简图存在问题，则会引起高层建筑结构设计的不合理，进而造成高层建筑的一些安全问题。因此，在高层建筑结构设计时，要建立在安全基础之上选择合理的计算简图。
2.3 选择科学合理的设计方案
高层建筑项目在建设之前，必须要全面考虑设计方案的可行性，是否满足结构设计的经济性原则，是否严格遵循建筑结构体系原则，此外，为保障结构设计的合理，在高层建筑结构设计时，一定要注重建筑结构的传力简单以及受力明确。
3 高层建筑结构体系介绍
目前高层建筑基本上都是采用钢筋混凝土结构，其结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等，其中在高层住宅建筑中剪力墙结构和框架剪力墙结构使用较多。
3.1 剪力墙结构
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，作为竖向承重和抵抗侧力的结构，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该结构通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度比框架剪力墙结构更好，常用于40层以下的高层住宅建筑等。该结构高宽比不宜大于6，其高度应考虑抗震要求。
3.2 框架剪力墙结构
框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的结构体系。其中剪力墙承受绝大部分水平荷载，框架承受竖向荷载，两者共同受力，合理分工。剪力墙应均匀布置在建筑物的周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大等部位。
4 高层住宅建筑结构设计的优化措施
4.1 选择的合理的建筑基础形式
高层建筑的基础形式应选用整体性好，能满足地基承载力和层建筑容许变形的要求，并能调节不均匀沉降，达到安全实用和经济合理的目的。以下讨论平板式筏基和梁板式筏基经济合理的问题。平板式筏基与梁板式筏基相比较具有节约钢材、混凝土，施工工期短等优点。住宅一般开间小，即剪力墙间距小，并且剪力墙刚度大，所以剪力墙完全可以起到梁板式筏基中基础梁的作用。采用中国建筑科学研究院编制的 JCCAD软件，用有限元法对不同基础形式进行基础计算，发现平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多，但梁板式筏基却有基础梁的配筋、混凝土用量和基础梁支模等情况。当采用梁板式筏基时有的基础梁的刚度达不到它所应起到的刚度作用，计算时超筋。于是还要再增大梁的断面。从综合经济效益分析，对于采用剪力墙结构形式的高层住宅平板式筏基比梁板式筏基更经济合理。
4.2 高层住宅建筑结构耐久性设计的优化
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
4.3 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。
4.3 限制结构平面布置
限制结构平面布置的不规则性避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。高层建筑混凝土结构技术规程规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2倍，不应大于该楼层平均值的 1.5倍。抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转影响。结构刚度不对称也会产生扭转。所以在布置剪力墙时，应使结构均匀分布，令荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时，通过增加墙厚来调整扭转效应效果不佳。剪力墙的长度对其刚度影响很大。首先分析哪部分结构刚度大，哪部分结构刚度小，增大刚度对结构有利，还是减小刚度对结构有利，通过增减剪力墙达到结构刚度均匀对称，满足高层建筑混凝土结构技术规程最大水平位移和层间位移的要求。
4.4 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。楼板设计可以把异形板细分成矩形板，能够使受力更加均匀，避免出现裂缝问题。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能节约工程造价。当高层住宅建筑的竖向结构不规则时，特别要仔细计算出最薄弱的位置加以优化。
5 结束语
总之，结构设计没有绝对最佳的标准模式，只有通过不断地探索、比较，去寻求相对的最优。因此我们每一个结构工程师应不断地追求尽善尽美的设计思想，不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计，用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。
参考文献：
[1]何俊旭.高层建筑结构设计及结构选型探讨[J].价值工程，2010（06）.
[2]陈颖.高层建筑结构优化设计分析[J].工程建设与设计，2010，（08）.
论文作者:田磊
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第35期
论文发表时间:2017/3/29
标签：结构论文; 刚度论文; 剪力墙论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 建筑论文; 《北方建筑》2016年12月第35期论文;