周浩超
摘要：随着我国经济水平不断提高，人口数量越来越大以及用地资源的紧张，高层住宅建筑得以迅速的发展，高层住宅结构设计得以越来越多的重视，在建筑市场化的竞争下，如何更合理，经济，安全可靠地设计高层住宅建筑成为设计人员必须要面临的问题。本文主要针对高层住宅结构设计中的特点和原则进行论述，并对的相关重要的注意事项和问题进行探讨。
关键词：高层住宅；结构设计；问题探讨
0前言
高层建筑的定义在不同国家的规定不一样，在中国，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）里规定：10层及10层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。中国的房屋6层及6层以上就需要设置电梯，对10层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此中国的《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-95）将10层及10层以上的住宅建筑和高度超过24m的公共建筑和综合性建筑划称为高层建筑。一般来说，高层建筑具有占地面积少，建筑面积大，集中化程度高的特点，高层在城市建设中，资源节约非常重要，土地资源节约尤为关键，高层住宅结构的设计能够提高容积率，减少土地使用面积，而且有较好的日照和采光和通风效果，有助于城市规划建设，成为当前最主要的住宅类型。
1结构设计特点
1.1受力特点
从受力特点上来说，多层建筑和高层建筑结构最显著的区别，就是多层建筑主要承受竖向荷载为主，而高层建筑，水平荷载成为主导荷载。因此，在设计高层住宅结构时，要充分重视水平荷载的作用。水平荷载能在高层建筑中起关键作用是因为随着建筑高度的增加，结构的弹性等效侧向刚度跟建筑的高度四次方成正比，而竖向荷载引起的轴力和弯矩的数值只与高度的一次方成正比。
1.2结构平面布置
结构平面布置应力求简单、规则，避免刚度、质量和承载力分布不均匀，建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节。尤其对于沿海地区高层建筑结构设计，风力成为高层建筑的最主要得控制荷载，采用规则，简单，风压较少的平面形状有利于抗风设计，并严格控制高层建筑体型的高宽比例，使结构的质心和刚心重合，防止产生过大扭转效应。过大扭转效应可以通过两方面进行判断和调整，其一可以通过概念设计法，通过在平面布置时控制平面的规则性，使质心和刚心尽量重合，其二是可以控制楼层最大弹性水平位移楼层两端弹性水平位移的比值来确定结构扭转情况，看是否大于1.2倍来判断其扭转是否规则。
1.3抗震能力
高层住宅设计的一项重要内容就是住宅的抗震能力，所以设计人员在设计高层住宅结构时，要充分考虑建筑物的抗震能力，保障住宅安全。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆中国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。同时规范对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定：1、高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。2、除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱方法。3、特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。通过规范的控制使建设成的高层住宅大震时不倒塌，小震时不被损坏，这样达到抗震设防标准。
1.4延性
钢筋混凝土结构设计，强度并不是其主要问题，因为在很多情况下，强度设计或承载力设计都能够满足要求。然而结构强度过高反而适得其反。靠提高强度来抗震也不经济。地震造成构筑物的破坏除了地基破坏外，主要是由于地表加速度使得在构筑物中产生了以水平方向为主的惯性力。而这个惯性力的大小和地震烈度和结构自身情况有关。因此，结构的设计要有一定的强度，即要“刚”，还必须具有良好的“延性”，亦即刚柔并济，就像树木能在大风中随风摆动一样。同时还应当具有良好的整体性，也就是说不同的部件如梁和柱子、墙和楼板之间的连接要牢靠。
2高层住宅结构设计中出现的若干问题
2.1缺乏合理的结构形式
很多设计人员过于注重构件截面尺寸的优化，而忽视了合理的结构形式。然而合理的结构形式往往能比构件截面的优化更能获取经济利益，因为纯粹的构件截面优化只是优化局部的结构设计，无法真正系统的优化整个结构体系。目前常用的高层结构体系有框架-剪力墙结构和剪力墙结构，其受力特点和布置原则也有不一样的地方，每种形式在抵抗地震方面也有不同效果，任何一种结构形式选取都要根据实际情况来评估，这样综合考虑，选取适合的结构体系，进行合理的结构布置，才能设计出经济、安全适用的结构。
2.2设置短肢剪力墙问题
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2010）里规定短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm，各肢截面高度与厚度之比最大值大于4但不大于8的剪力墙。规范中对短肢剪力墙的应用增加了很多限制，所以在高层结构设计中，尽量少用或不用短肢剪力墙，即只能采用部分短肢剪力墙。对于部分短肢墙结构的定义，高规只明确这种类型结构中的一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，而对于短肢剪力墙并没有给出一个具体量化指标。因为短肢剪力墙配筋量大，要求较多，所以设计人员应尽量少采用，以避免以后工作产生不必要麻烦。
2.3基础选型问题
基础是上部结构的落脚点，地基与基础的设计一直是结构工程师十分重视的问题，基础的选型或设计的好坏直接影响后期工作的进行，而且，基础处理得好能直接降低整个工程造价，结构设计师根据不同建筑的地理位置、结构形式和地质情况选取天然基础还是桩基础、箱形基础和筏形基础。桩基础：当地基土质较软弱，建筑物层数较多，荷载较大的情况下，天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层。目前高层建筑结构常采用的桩基础的形式，可采用预制钢筋混凝土桩、混凝土灌注桩和钢管桩。
2.4嵌固端的设置问题
结构工程师往往忽略如何确定上部结构嵌固端问题，例如嵌固端的选取，嵌固端的楼板设计、嵌固端的位置协调性等方面问题，正确选取结构嵌固端是结构设计中的一个重要环节。高层建筑在进行结构分析计算之前应该先确定结构嵌固端的所在位置，而影响嵌固端位置的因素也很多，如有没有地下室，地下室层数，基础形式等。结构嵌固端的条件通常情况结构嵌固端通是选择在地下室顶板标高处，地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，结构的加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，结构设计经济性好，地下室顶板厚度不小于180mm，采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%，其目的是通过采用结构措施，加强楼层平面内和平面外刚度并确保楼层整体性的实现。
3结束语
面对城市建设、经济发展，关注高层住宅结构设计可以整合土地资源，提升经济效益和降低工程造价。结构设计是一个严谨复杂的过程，本文只是针对目前常用的住宅形式进行探讨，了解高层住宅结构设计的特点，原则和存在的问题，结构工程师合理的设计和结构布置，不但能很好地发挥建筑的使用功能，而且可以使结构更加安全和经济。
参考文献：
[1]郭慧颖.高层住宅结构设计中的问题及处理[J].山西建筑，2005，31（11）.
[2]黄晓宜.论高层住宅结构设计中常见的问题和处理措施[J].中华民居，2012，（2）.
[3]季晓华.高层住宅结构设计中存在的问题与解决对策[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（24）.
[4]乔亚东.刍议高层住宅结构设计中的常见问题及对策[J].中华民居，2011，（9）.
[5]龚少娟.高层住宅深基坑结构设计问题探析[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（14）.
论文作者:周浩超
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/28
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