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高层住宅结构优化设计的有效应用

2020-06-02 293 上传者：管理员

摘要：文章简单介绍了高层住宅结构形式,通过对高层住宅结构设计的要求进行分析,探讨高层住宅结构优化设计的有效应用,以改善传统的高层住宅结构设计模式,促进高层住宅结构设计水平的提升,保障高层住宅建筑设计质量,为人们提供更为舒适和安全的住宅环境,从而推动高层住宅建筑工程的可持续发展。

关键词：
优化设计
住宅结构
建筑设计
有效应用
高层建筑
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随着我国社会经济的高速发展,建筑工程行业也取得了显著的成效,各类建筑数量逐渐增多,规模不断扩大,尤其是随着城市化进程加深,各类高层住宅更是大量出现。为保障高层住宅建筑结构质量,应当采用现代化设计水平,基于人们的生活需求来进行科学设计。高层住宅结构的设计并不是一项简单的工作,其涉及多方面内容,需要进行系统化把控,以提高结构设计水平,满足安全、经济、适用、合理的原则。

1、高层住宅结构形式

高层住宅结构主要有以下几种形式:

(1)框架结构形式。这一种结构,在空间布局上十分灵活,建筑内部空间比较大,底层空间的实用性比较强,而且在设计上操作较为便捷。但这种结构形式的不足之处在于框架柱的截面面积比较大,而且在柱位置会突出墙体,会影响高层住宅户型的实际实用面积,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)异形柱框架结构形式。这种结构设计与框架结构比较类似,异形柱的宽度和墙体的厚度保持一致,能够有效布置室内的空间布局,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)框架剪力墙结构形式。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)剪力墙结构形式。这一结构主要是根据建筑的平面布置,来合理布置钢筋混凝土剪力墙,由于其不存在外露柱子,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,而且剪力墙体自身较重,若是在设计上存在不合理之处,将会导致材料使用量的较大增加。

(5)短肢剪力墙结构形式。这一结构属于剪力墙的一种,在布置上较为灵活,与剪力墙结构的功能性差不多,但是其适用范围有限,只有在非地震区,或是地震烈度不高的地区,才会有更好的经济性[1]。

2、高层住宅结构设计的要求

2.1 提高稳固性,保障安全性

在进行高层住宅结构设计的时候,一定要保障其结构的稳定性,如此才能为高层住宅建筑工程质量提供重要保障。结构作为骨干基础,其肩负着整个建筑物的安全性,直接关系着居民的生命财产安全。因此,在设计高层住宅结构时,必须全方位地进行系统化考虑,每一个细节、每一个构件都要有严加把控,精确每一个设计参数,需要处理好构件和构件之间的联系,以此来维护高层住宅结构的稳定性,使其安全系数达到规定规范要求。

2.2 提升舒适性,发挥功能性

高层住宅建筑的作用在于满足人们的日常生活需求,为人们提供一个舒适的居住空间。在建设高层住宅结构的时候,需要突出其功能性,根据人们的实际需求来进行科学设计,所规划的设计方案不可脱离实用性。应当基于高层住宅建筑的实用功能,来科学布局其内部空间,规划设计平面布置,并且实施高质量的外立面设计方案,以此来提高高层住宅建筑的美观性,与此同时又体现出其良好的居住功能,增强人们的居住体验感,使人们感到舒适和安心[2]。

2.3 经济性

在设计高层住宅结构时,还需要考虑到其经济性,这一因素十分重要。规划的高层住宅结构设计方案,需要以保障高层住宅建筑质量为前提,选择最具有经济性的设计方案。要根据高层住宅结构的设计需求,使用合适的施工材料,科学应用施工设备,优化高层住宅建筑施工的各项资源配置,提高资源利用率,在不影响整体施工质量的基础上,减少施工成本,加强对高层住宅建筑施工资金投入的管理,有效利用投入资金,避免资金的浪费。优化高层住宅结构设计,尽量减少稀缺材料的应用,提高建筑施工效率,使其能够在规定工期内完工。

3、高层住宅结构优化设计的有效应用

3.1 高层住宅结构的基础设计

以某高层住宅为例,其属于小高层,共有15层,使用年限50年,建筑结构的安全等级为二级,抗震烈度要为7度,属于丙类抗震设防类别,在商业楼层有局部错层。本项目没有设置地下室,根据地勘报告的情况,本场地浅层地表填土较深,须采用桩基础形式。一般情况下桩基础埋深的数值,应当是建筑物高度的1/18。本工程的住宅高度为41 m,基础埋深应当为2.27 m左右。在设计桩基础的时候,根据相应的土层参数,选择经济性更好的桩型,但前提是要保障桩混凝土总量相差不大。应将桩尽量设置于剪力墙的下部,以在稳固地基梁的同时,减少钢筋材料的使用量。

3.2 高层住宅结构的上部结构设计

在进行高层住宅结构上部结构设计的时候,先要根据实际需求来选择结构类型。小高层建筑局部中有两层属于商业用房,需要根据相关规定要求来进行参数设计,控制好现浇剪力墙结构的伸缩缝间距,其间距可设置为45 m,通过抗震缝来将上部结构细分为两个部分。在设计的过程中,一切要从实际出发,所设计的参数,或是选择的类型,都要符合小高层的实际建设需求,从多个方面来进行细致的考虑。

比如,要突出小高层建筑的平面实用性,由于其对商业部位的空间大小并无过多的要求,在设计的时候可选择剪力墙为上部结构,商业部位的错层结构选择普通剪力墙结构即可。设计剪力墙结构的时候,需要考虑到抗震需求,根据规范的要求来确定剪力墙的配筋数量。若应用的是短肢剪力墙结构,则需要在短肢剪力墙的端部设置合适的约束边缘构件,提高剪力墙的抗震等级,另一方面要计算出合适的钢筋配筋率以及配箍率[3]。

在确定高层住宅上部结构类型之后,便要进行有效的结构设计,计算出其中的各项参数值。高层住宅剪力墙结构设计,需要先了解高层建筑的整体平面布局,在设计其平面的时候,应当尽量保持布局的平衡性和均匀性,可采用对称设计方法,避免出现过多的结构扭转因素。高层住宅建筑的纵向布置应当具有连续性,要控制好建筑结构的刚度,避免其突然发生变化而影响了结构的稳定性。在这一工程中,影响结构设计的因素主要有三方面:一是存在商业错层,错层会使结构的质心钢心有所偏移,存在扭转影响;二是在端部开窗,会形成一字墙,并且在这个高层住宅建筑中,一字墙的数量还并不少;三是在平面布置的时候,存在凹口,若是不控制好凹进去部分的尺寸,那么则会导致平面结构出现不规则性,抗震能力会减弱。

基于以上问题,在进行结构设计的时候应当做到以下几点:(1)设计剪力墙的时候,需要将其长宽比控制在8以上,可选择T型或是L形的墙体,尽量不选择单方向墙体,应当维持剪力墙的均匀受力。剪力墙的厚度可控制在200 mm,错层处的剪力墙厚度可为250 mm;(2)在平面布置的凹口处,可进行拉梁和拉板处理,以解决平面不规则问题;(3)可于错层处加厚楼板,并且在配筋的时候要做到双层双向;(4)加厚转角处的楼板,角部开洞处则要加强配筋。

在计算结构位移的时候,需要考虑底层参数情况,还要控制好结构的刚重比和偏心率,并且可通过科学的计算来预估结构设计的周期。在此工程中,如果所使用的剪力墙高度和厚度的比例大于8,或是在5～8之间,那么则应当按照剪力墙的施工规范来进行设计和配筋,如果所使用的剪力墙高度和厚度的比例小于3,那么剪力墙在配筋的时候需按柱配筋,若是在3～4之间那么则要按照异形柱的配筋方式来进行设计。

在剪力墙结构设计过程中,存在连梁配筋计算不准确,难以满足实际要求的状况,这是因为剪力墙中的连梁跨高比较小,地震作用下剪力一般会较大。在设计的时候,需要根据实际情况来确定连梁的最终截面高度,通常情况下,其高度保持在洞口顶部之下,楼层面之上,可将砌体材料砌筑于窗台下部。如果是凸窗,则需要加设一根梁,梁与梁之间要做好砌筑工作,实施对称配筋。若是在设计过程中,连梁的高度超过了700 mm,那么所使用的腰筋直径应当在10 mm以上,之间的间距不可超过200 mm。

3.3 控制结构超限问题

在设计高层住宅结构的时候,要重视概念设计,根据实际需求以及建筑物的功能要求,来选择合适的结构类型,按照规范要求来布置抗震构件,明确结构设计中的关键部位,把握其设计重难点,全面了解构造要求。在设计时,要注重结构的稳定性和安全性,要在保障住宅结构质量的前提下,选择经济效益较高的设计方案,并且还要确保所设计的结构建设方案符合实际要求,具有可行性。若是存在结构超限问题,将会影响整个工程质量,降低工程的经济性,因此在设计的时候要加强对超限项的控制,实施科学的设计措施来提高其经济效益。

4、结语

在进行高层住宅结构设计的时候,应当从多方面来进行综合性考虑,不仅要突出高层住宅建筑的功能性,提高其实用性,为人们提供舒适而安全的居住空间,合理而灵活地布局空间,还要考虑到结构设计的经济性,需在不影响高层住宅结构质量的前提下,尽量选择经济性较高的结构设计方案,以此来提高高层住宅结构设计效益。要加强对高层住宅结构设计的把控,根据实际情况来设计图纸,确保其具有足够的可行性。

参考文献：

[1]吕啸斐.高层住宅结构设计的优化策略解析[J].中国房地产业,2017(15):91.

[2]宋郁茹.高层住宅建筑结构设计的优化[J].住宅与房地产,2017(15):202.

[3]莫锐.浅谈高层住宅结构优化设计标准[J].中国标准化,2016(18):130-131.

康庭豪,王青琴,张浩.高层住宅混凝土结构优化设计分析[J].智能城市,2020,6(09):32-33.