高层住宅建筑结构设计的重点事项研究

耿小龙

摘 要：随着城市化进程加快，商业用地成本趋高，高层住宅日趋增多，为迎合建设方实现利润最大化要求，需对高层住宅结构设计进行优化，以有效控制工程造价，实现最佳建造经济与建筑质量的协调。本文首先从高层住宅建筑结构形式展开论述，然后分析高层住宅建筑结构的特征，最后就高层住宅建筑结构设计的重点进行探讨。

关键词：高层住宅;建筑结构;设计要点

高层住宅是城市发展到一定阶段的产物，是人们日常生活的重要组成部分。在人类的住宅发展过程中，建筑造型越来越多元化，建筑的功能也越来越人性化。如何更好地实现建筑师的高层住宅设计意图，是结构工程师在结构设计和优化中需解决的关键问题。

1 高层住宅建筑结构形式

（1）框架结构。空间布局灵活，建筑内部空间大，底层空间的实用性强，而且设计简便。但这种结构形式的不足之处在于框架柱的截面面積比较大，而且在柱位置会凸出墙体，会影响高层住宅户型的实际使用面积，不利于提高高层住宅空间利用率，同时会影响住户的家具布置，降低住户的使用感受。（2）异形柱框架结构。与框架结构设计类似，异形柱的宽度能和墙体的厚度保持一致，能够有效地进行室内空间布局，但其缺点在于其抗震性较差，适用高度低，不适用于高层住宅。（3）框架-剪力墙结构。这一种结构多适用于高层住宅中，其竖向荷载主要由框架柱承担，因此能够随建筑功能要求灵活布置，便于实现大空间、大柱跨的建筑要求;水平荷载主要由剪力墙承担，同时剪力墙也承担一部分竖向荷载。通常在一些商业住宅，或是有商业空间要求的建筑中使用较好，其缺点在于框架柱截面较大，对住宅建筑的使用有较大的影响。（4）剪力墙结构。该结构主要是根据建筑平面来合理布置钢筋混凝土剪力墙，由于其不存在外凸柱子，能够提高室内空间的利用率，而且也较易满足住宅建筑的平面使用要求，但其不足之处在于剪力墙结构的刚度较大，对地震的反应比较强烈，而且剪力墙自身较重，若是设计不合理，将会导致造价过高。

2 高层住宅建筑结构的特征

高层住宅在进行结构设计时，主要是考虑竖向荷载和水平荷载这两个因素。其中竖向荷载主要包括结构本身自重、施工或建成使用中的活荷载以及竖向地震作用等;水平荷载主要包括风荷载和水平地震作用。竖向荷载作用下的受力情况相对简单，根据传统的力学知识即可进行分析设计，但水平荷载作用下的受力情况相对复杂，而且对高层住宅的结构起控制作用的往往是风荷载和水平地震作用。

3 高层住宅建筑结构设计要点

3.1 工程概况

某高层住宅项目，抗震设防烈度为7度区，地上35层，1～5层为商业建筑，5层为转换层，6层及以上为住宅，地下一层为的车库。采用带转换层的剪力墙结构体系，部分剪力墙直接落地。上部设置伸缩缝，净宽300mm，左塔和右塔长分别为32.6m和56m。

3.2 结构布局分析

对建筑结构体系展开分析，可以发现存在一定不规则性，在结构布局上需要多次验算，促使结构抗扭能力得到提高。

在结构的平面布置中，应加强层间位移比、周期比的控制。避免结构产生过大偏心力而导致结构产生较大扭转效应。在结构正常使用状态下，应根据结构的位移角限值严控位移角，保证结构具有足够的刚度，避免产生过大位移从而导致结构的承载力、稳定性和使用要求受到影响。

在结构的竖向布置中，转换层的设置会导致出现竖向不规则。采取这种竖向抗侧力构件不连续的结构形式，容易使结构因不规则问题出现超限情况。因此在结构设计中宜设置抗震缝，也可以对楼板结构进行增设。而转换层位于6层，相对较高，需要保证转换层上、下楼板刚度达到要求，促使上、下部结构得到严格控制，达到一定刚度比要求。针对6层及以上楼层，考虑到楼板较薄，需要对转换层相邻上一层楼板的刚度进行加强，板厚采用150mm，双层双向拉通钢筋配置，配筋率每层每个方向不小于0.2%。同时，在建筑28层位置，需要完成局部收进，尽管幅度较小，并未引发竖向不规则问题，但容易产生位移突变。为防止高位出现薄弱层，设计时，需要对上下剪力墙进行加强设计，使上、下层的刚度比得到有效控制。

3.3 结构受力分析

在建筑结构设计中，需要分析结构的竖向荷载和水平荷载作用力，保证结构整体稳定。剪力墙结构受力具有一定复杂性，需要利用三维分析软件完成结构整体性能分析，确认是否存在薄弱部位。采用有限元分析软件，可以对梁、柱等构件进行配筋计算分析，通过计算结果看是否满足规范及使用要求。该建筑为部分框支剪力墙结构，抗震设防烈度7度，结构高宽比限值为6。从结构形式来看，左塔高宽比为7.88，右塔为6.8，均大于6，属于平面不规则。从整体来看，建筑总高度超出100m，应采用弹性时程分析法进行分析，研究风荷载、水平地震作用等水平荷载作用下结构整体抗倾覆能力，并对剪力墙、柱等竖向构件抗侧力性能进行分析。通过对结构各部位最大程度破坏地分析，能够为结构配筋优化提供可靠依据，并促使结构整体性能得到改善。

根据结构实际情况，应分别建立左塔和右塔两个结构模型。对于地下室部分，需要将1-2跨并入主体，对结构进行整体分析。结合结构动力特性，按规范选择3条地震波，开展多遇地震下的动力时程分析。建筑特征周期为0.51s，结构阻尼比为0.05，地震波主分量峰值加速度为35cm/s2。采用天然地震波对建筑底层剪力进行分析，能够确认底部剪力墙加强结构可以达到设计性能要求。在建筑嵌固端位置，上、下层刚度比能够达到设计要求。而从局部结构受力情况来看，在裙房屋面位置和局部收进位置存在刚度和位移明显变化，分别位于建筑第7层和第29层。尽管分析得到的指标符合规范要求，但还应对结构进行加强设计，以免结构发生突变问题。

3.4 结构抗震设计

为满足结构抗震设计要求，还需分析地震作用下的结构位移，利用静力弹塑性分析方法确认结构设计能否达到要求。在结构优化中，还要从结构稳定性、承载力等各方面采取措施，促使结构性能得到增强。针对结构薄弱位置，还应采取措施进行加强，促使结构抗震能力得到提高。实际在抗震设计中，一般需设置多道抗震防线，完成建筑抗侧力构件合理布置，保证结构受力均匀。

采用SATWE软件进行结构分析计算，对地震作用下建筑左、右两塔的剪力和剪重比展开分析可以发现，在X方向上，左塔剪重比为1.88%，右塔剪重比为1.46%。在Y方向上，左塔剪重比为2.08%，右塔剪重比为1.61%。根据结果可知，左塔底部剪重比较大，能够满足规范要求，右塔剪重比略小于规范要求。结合结构受力、单元位移等分析结果，可以认为两部分结构整体刚度比合理，只需要对局部剪重比不达标的楼层进行调整即可满足抗震性能设计要求。实际在结构抗震设计中，考虑到转换层位置较高，剪力墙设计需要达到一级抗震要求，剪力设计值达到基础值的1.6倍以上。在建筑上部结构刚度得到提升的情况下，还要使剪力得到增大，确保上、下部分得到有效协调。

4 结语

对于高层住宅建筑结构设计，无论采用哪种结构形式，都应保证结构整体性能可以满足建筑设计要求，在保证结构稳定、安全的基础上，为建筑建设、使用提供支持，为建筑可持续发展提供保障。

参考文献：

[1]李桂兰，苏慧珠，杨雷.高层住宅建筑基础结构设计分析[J].中国住宅设施，2019（07）：59-60.

[2]岳鹏飞.高层住宅建筑结构设计实例分析[J].工程与建设，2019，33（03）：376-377.