柳州市建筑设计科学研究院 广西柳州 545001
摘要：随着我国城市建设的不断加快，城市建筑住宅结构形式向高层方向转变，在高层建筑住宅建设的过程中，结构设计是主要环节，结构设计的好坏直接关系到住宅的安全稳定性，本文针对住宅建筑结构设计的优化策略及要点进行分析，并且给出相应的措施。
关键词：高层住宅；结构设计；优化措施
引 言：
随着城市人口数量的增加，土地资源也越来越紧缺， 住宅是城市化进程的产物，能有效解决城市中人口的入住问题，极大的提高了市民的生活质量，为人们的生活提供了方便，是我国未来城市建设的发展方向。因此，住宅结构设计的优化工作越来越重要，需要采取相应的优化策略，才能对住宅结构进行优化设计。
一、高层住宅结构设计的现状
传统的高层建筑都是使用钢筋混凝土为建筑的框架，这种结构本身存在很少安全问题，随着住宅建筑逐渐增多，高层建筑的使用寿命远低于多层建筑。而高层建筑经过几十年的发展形成了具有较高强度的建筑材料，极大的提高了建筑的稳定性，为了更好的发挥这些新材料的作用，需要对高层建筑的结构进行科学合理的设计。在高层建筑长期发展过程中逐渐形成了框架简体结构和巨型结构，而钢材料由于本身的强度较高，抗震性好是框架简体结构和巨型结构使用的理想材料。但是材料本身的成本比较高、耐火性比较差，这极大限制了钢材料的使用，使钢材料应用不是十分广泛，而钢筋混凝土结构以其成本比较低、材料的稳定性好、耐火性较强的优点被广泛应用于高层建筑中，但是这种钢筋混凝土结构本身的质量比较大、横断面的尺寸也比较大，给设计和安装带来了极大的困难。为了更好的发挥钢筋混凝土结构的特点,需要设计出更加科学合理的结构，以避免安装过程中遇到的一些问题，影响到施工的质量，以获得合理的经济效益。
二、住宅结构设计存在的问题
目前在高层住宅的设计中存在着许多问题。由于很多企业重视高层建筑的施工环节，忽视高层建筑的结构设计环节。使得设计人员对于高层建筑的设计环节产生了轻视的心理，在设计过程中不能结合工程的实际情况进行科学合理的设计，有的设计人员甚至盲目的套用别人的设计成果，忽视高层建筑的实际需要。在设计过程中没有形成一套科学的结果验证体系，影响到高层建筑结构设计的科学性。有的设计人员由于自身的专业水平不够，在设计过程中会存在着一系列概念、方法上的差错，这会给工程的施工带来困难。针对目前高层建筑结构设计中存在的问题，加强设计人员的管理和设计结构的验收十分必要。
三、住宅的整体结构设计
住宅的结构设计过程包括两方面：第一，结构安全性。第二，设计经济性。要求在进行高层建筑设计的同时既要涉及结构安全，又要关注生命安全，还要使用绿色环保的材料，保证施工的经济效益。
（1） 住宅平面结构设计
在住宅的平面结构设计中要考虑建筑结构，能承受很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，保证结构的刚度，严格控制平面的长度，将长度控制在一定的范围内，保证楼板的宽度。通过加强楼板的配筋，来承受楼板被削弱后产生较大的压力。要考虑到电梯的位置,尽量布置在剪力墙的上部位置，避免在凹角部位和端部角区设置电梯，以确保电梯运行过程中的安全性。第二，在设计过程中采用精细的内力设计法，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角部和细腰型平面部分的楼板加固问题，保证结构设计的安全性和有效性。
（2）高层住宅结构竖向设计
在住宅结构竖直设计中保持结构的稳定性是设计的重点问题，要保持建筑结构部分有较大的刚度，结构的刚度从下往上依次减小，混凝土的强度逐段减小，通过剪力墙的使用提高结构构件的稳定性，使高层建筑能够承受较大的压力，保持良好的延展性，提高建筑物的抗震能力，并兼顾经济性。
（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，提高结构的整体控制率,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应用到各种参数，如层间位移比、周期比、轴压比、刚度比等多种参数。其中刚度比可以有效保持竖向结构的规则，减少脆弱层出现的概率。这种参数主要应用于柱的刚度和本层墙的刚度调整上。周期比可以很好的调整结构的抗扭刚度，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。
四、住宅建筑结构设计优化策略的方法
（1）结构布置方案的优化设计
任何建筑都离不开设计方案，对于一个建筑而言，总有几个可行的结构方案，而结构方案的选取在结构设计的过程中占据着主导作用，所以结构布置方案的优化设计显得尤为重要。高层建筑的各种结构体系有各自的适用范围，规范给出了各类钢筋混凝土结构房屋适用的最大高度.设计人员应在这个基础上，根据以往的设计经验，综合考虑投资预算及建筑使用功能等各种因素，选取一个安全、经济、可行的结构方案。结构布置的优化与构件设计的精细化。结构布置的优化工作，首先是根据具体的建筑方案制定若干个适用的结构布置方案，调整建筑方案中不合理的布局，避免严重不规则的平、立面布置，然后通过反复的电算分析来研究结构材料成本对结构抗侧刚度的敏感性（主要是整体结构造价与各结构布置方案的关系），尽量使平面的质量中心接近于结构的刚度中心，承载力和刚度在平面及高度尽量均匀分布，避免突变及应力集中，进而找到正确的结构布置调整方向，再通过电算优化来确定最终的结构布置，得出最终的结构布置如图 1所示。
图1住宅建筑标准层平面结构示意图
（2）住宅建筑基础型式的优化设计
基础选型是否合理经济，将左右基础造价，丰富的设计经验和详细准确的计算，可以节约大量的基础投资。在设计的过程中，应针对具体的地质情况，提出适当的基础选型备选方案并进行基础方案比选，对比各基础方案的适用性、经济性及施工难程度。根据前期的实际勘察情况，本项目土质依次为素填土-中砂-淤泥质粉质粘土-粉质粘土-中砂-粉质粘土-粘土-中砂-粉质粘土等。根据该地区经验，基础形式可考虑选择预制桩或钻孔灌注桩。在设计过程中，我们对两种桩基形式均做了初步的方案布置及计算对比，同时将组织院里技术总工、勘察专家及业主对基础方案进行评审。在综合考虑施工顺序，综合造价及工期要求等各因素之后，我们选择了 PHC 管桩基础。PHC 管桩制作方便，成桩速度快，桩身质量易于控制，承载力高，并能根据需要制成不同形状、不同尺寸的截面和长度，在高层建筑的设计过程中要积极把握几个重要的关键点，分别为剪力墙的延性设计、控制高层建筑施工过程中的用钢量、控制建筑的轴压比等，把握这几个关键点对于提高高层建筑的稳定性和安全性有着重要的作用。在高层建筑剪力墙的延性设计中要注意控制剪力墙的墙肢长度和刚度。按照一定比例将长墙分割成门帘洞联肢墙，并使用砌砖填砌弱连梁和窗台，这种弱化的剪力墙和连梁对混凝土和钢筋的用量也比较少，可以极大的节约建筑成本。
结束语：
随着高层建筑的增多，提高高层建筑的安全稳定性是目前各建筑企业面临的主要问题。在遵循相关原则及要求的基础上，建筑结构设计不断进行优化和完善，提高建筑结构的优化水平，促进住宅结构的可持续发展。
参考文献：
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[2] 李容.城市生态承载力下的超高层住宅优化设计策略[D].厦门大学,2016（15）115-117.
[3] 王鑫.高层住宅兼顾经济性和使用效果的结构优化设计研究[D].南昌大学,2014（24）136-139.
论文作者:骆,锟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/9
标签：结构论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 刚度论文; 建筑论文; 住宅论文; 方案论文; 《防护工程》2017年第23期论文;