浅析中高层住宅结构体系优化设计

摘要：中高层建筑结构体系优化设计是一项非常复杂且繁琐的系统工程，其专业设计人员不仅要对建筑的地基、结构等拥有深入系统的认识，而且还应懂得建筑设计相关知识的配合与协调，从而确保结构体系计算的准确性和可操作性，制成经济、安全又效益最优的结构方案，最终达到优化设计的目的。本文笔者从高层住宅建筑结构设计的基本要求着手，介绍了中高层建筑的常用结构体系，并分析了其设计中存在的主要问题，提出了中高层住宅结构体系的优化设计策略。

关键词：中高层住宅建筑；结构体系；优化设计

随着社会经济的发展、建筑业的兴起以及技术的进步，加之轻质、高强材料的出现与机械化、电气化、计算机在建筑工程中的应用，各城市的中高层建筑越来越多。当今社会，各种技术的应用、更新、变化的速度越来越快，这就需要我们不断的在原有基础上进行优化和创新。中高层住宅结构体系的设计也同样如此，旧有的体系设计或多或少地存在一些问题或者弊端，因此，我们要进行不断的改善和优化，使之更好地为我们的建筑修建服务。

一、中高层住宅建筑结构体系设计的基本要求

第一，应当满足安全性和耐久性要求。房屋作为一种商品都有自己的特点，使用寿命长并且投资大，一旦出现质量安全问题会造成巨大的人员伤亡和经济损失，甚至可能带来不良的社会影响。因此，结构体系的安全性和耐用性是中高层住宅建筑设计的起码要求。中高层住宅建筑的结构体系设计以及材料的选择都应当根据所在区域的具体情况而定，同时基本的结构规范不能少。

第二，应当满足舒适性要求。既然是提供住宅功能的建筑，那么其结构体系的设计就应该遵循“人性化”的原则，努力为住户起居的舒适性要求提供保障，例如多种户型，灵活分隔室内空间，人居的热、光、声的环境等要求，同时，还要注意尽可能在居住空间中避免露柱露梁的压抑感。

二、中高层建筑的常用结构体系

（一）一般剪力墙结构

首先，在一般的剪力墙结构中，应当尽量避免单向的结构布置形式，采取双向布置的形式。该结构的侧向刚度不应当太大，应具备较好的延性，这样能够在一定程度上避免或减轻剪切破坏；其次，对于比较长的剪力墙最好要开设一个洞口，在墙段之间使用连梁连接。由于一般剪力墙结构的墙肢较高，平面内和平面外的刚度与承载力一大一小，所以可以采取沿梁轴线方向设置剪力墙的方法来避免该墙肢平面外弯矩。

（二）短肢剪力墙结构

所谓短肢剪力墙结构，指的是墙肢截面肢高是肢厚的4-8倍的一种剪力墙结构形式，比较常用的有T字型、十字型、折线型等。一般来说，在高层住宅建筑中不适宜全部采用这种短肢剪力墙结构，可以在楼梯或楼道处采用一般剪力墙结构。该结构在布置时应当遵循以下几点：首先，内外剪力墙要完全拉通并且对直，平面布置要均匀，避免出现刚度过大的剪力墙导致受力过于集中；其次，剪力墙的竖向布置应当注重连续性，洞口要布置整齐，切忌采用错洞墙；第三，相对来说，一字形短肢剪力墙的延性与稳定性并不好，所以最好不要布置单侧楼面梁与之斜交。另外，在布置短肢剪力墙的过程中，初始墙率的选择相当重要，以4.5%-6%为宜。

（三）异形截面柱框架剪力墙结构

该结构主要是指截面诸如L形、T形以及十字形的柱，且截面的肢高与肢厚之比小于4。异形截面柱的各肢肢长情况各异，有的相等有的不相等，但是我们原则上提倡使用等肢异形柱。如果遇到楼层较多的情况，可以采取增大异形柱肢长的方式，将其转变成短肢剪力墙结构，或两种结构混合使用。异形截面柱结构的平面形状适宜较为简单、均匀、对称的，有利于维护该结构的整体性能。

三、中高层住宅常用结构体系的优缺点

在上述常用结构体系中，一般剪力墙结构的抗侧刚度最大，异形截面柱框架剪力墙结构的抗侧刚度最小。但是，一般剪力墙结构和短肢剪力墙结构的自振周期相对来说比较短，结构侧移较小，地震带来的损失也会相应的减少。不同的是，异形截面柱框架剪力墙结构的自振周期却偏大，导致该结构的安全性能相对低一些。相较而言，这几种结构体系的最大层间位移角几乎都在房屋的中下部，由于短肢剪力墙结构更接近中间，所以使得层间位移的分布变得均匀，相应的整体抗震性也更均匀。这些都足以明确，我们的结构体系优化设计的主要方向是抗震设计以及综合设计。

四、中高层住宅结构体系的优化设计策略

（一）加强抗震设计的理念

我们知道，高层建筑除了需要承受建筑物本身的垂直负荷外，还需要承受相当大的侧向风载荷以及地震等自然灾害的破坏，后者显然是更重要的。不同高度的建筑在抵抗侧向力方面的力度也不尽相同，这是一个致命的问题，应避免或减少在设计中出现。在设计的第一阶段，设计者应充分利用对地震的影响，如通过相应的计算生成条件建立一个灵活的结构抗震设计参数。在设计的第二个阶段，应当利用薄弱层相关数据计算出地震参数和薄弱环节的横向位移。

（二）综合考虑优化结构设计

设计师在优化几种结构体系设计过程中，应当充分考虑内部因素和外部因素的影响。内部因素包括各个组件可以由力载荷承受，特别是考虑到它的高层建筑需要关注的垂直力方面承担，采取哪种结构是比较合理的，比如住宅建筑结构的抗塌陷性。而外部因素不得不考虑平常建设风、地震和温度应力等因素，需要综合各个方面的设计，也就是尽可能地将各个分散的结构设计要点整合起来，在分散的基础上进行全方位的优化，这样便能够达到理想的效果。

五、结语

中高层住宅建筑的结构优化并不是一味地否定现有的结构体系，也不是完全游离于现有结构体系的创新，而是对某些结构体系的一方面或者多方面采取一定措施使之变得优秀。当然，这个优化的过程是需要日积月累的，经过不断的设计，查漏补缺， 去其糟粕，取其精华。笔者相信，只要设计者能够加深对中高层住宅机构体系的研究，未来的建筑机构体系定将更加优质、完善。

参考文献：

[1]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]刘海卿，康珍珍，张丙军.高层建筑结构选型影响因素分析[J].科学技术与工程，2006（6）.

[3]建筑结构选型.张建荣主编.中国建筑工业出版社.

[4]关于高层建筑结构选型设计的初步探讨.陶忠，张耀春，韩林海，王光远.哈尔滨建筑大学学报.第33卷第1期.