談高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
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摘要：文章簡單介紹了高層住宅結(jié)構(gòu)形式，通過對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行分析，探討高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用，以改善傳統(tǒng)的高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，促進(jìn)高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升，保障高層住宅建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量，為人們提供更為舒適和安全的住宅環(huán)境，從而推動高層住宅建筑工程的可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞：高層建筑；住宅結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；有效應(yīng)用
隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建筑工程行業(yè)也取得了顯著的成效，各類建筑數(shù)量逐漸增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大，尤其是隨著城市化進(jìn)程加深，各類高層住宅更是大量出現(xiàn)。為保障高層住宅建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)采用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)水平，基于人們的生活需求來進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。高層住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并不是一項(xiàng)簡單的工作，其涉及多方面內(nèi)容，需要進(jìn)行系統(tǒng)化把控，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，滿足安全、經(jīng)濟(jì)、適用、合理的原則。
1高層住宅結(jié)構(gòu)形式
高層住宅結(jié)構(gòu)主要有以下幾種形式：（1）框架結(jié)構(gòu)形式。這一種結(jié)構(gòu)，在空間布局上十分靈活，建筑內(nèi)部空間比較大，底層空間的實(shí)用性比較強(qiáng)，而且在設(shè)計(jì)上操作較為便捷。但這種結(jié)構(gòu)形式的不足之處在于框架柱的截面面積比較大，而且在柱位置會突出墻體，會影響高層住宅戶型的實(shí)際實(shí)用面積，不利于提高高層住宅空間利用率，同時會影響住戶的家具布置，降低住戶的使用感受。（2）異形柱框架結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與框架結(jié)構(gòu)比較類似，異形柱的寬度和墻體的厚度保持一致，能夠有效布置室內(nèi)的空間布局，但其缺點(diǎn)在于其抗震性較差，適用高度低，不適用于高層住宅。（3）框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式。這一種結(jié)構(gòu)多適用于高層住宅中，其豎向荷載主要由框架柱承擔(dān)，因此能夠隨建筑功能要求靈活布置，便于實(shí)現(xiàn)大空間、大柱跨的建筑要求；水平荷載荷載主要由剪力墻承擔(dān)，同時剪力墻也承擔(dān)一部分豎向荷載。通常在一些商業(yè)住宅，或是有商業(yè)空間要求的建筑中使用較好，其缺點(diǎn)在于框架柱截面較大，對住宅建筑的使用有較大的影響。（4）剪力墻結(jié)構(gòu)形式。這一結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)建筑的平面布置，來合理布置鋼筋混凝土剪力墻，由于其不存在外露柱子，能夠提高室內(nèi)空間的利用率，而且也較易滿足住宅建筑的平面使用要求，但其不足之處在于剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較大，對地震的反應(yīng)比較強(qiáng)烈，而且剪力墻體自身較重，若是在設(shè)計(jì)上存在不合理之處，將會導(dǎo)致材料使用量的較大增加。（5）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式。這一結(jié)構(gòu)屬于剪力墻的一種，在布置上較為靈活，與剪力墻結(jié)構(gòu)的功能性差不多，但是其適用范圍有限，只有在非地震區(qū)，或是地震烈度不高的地區(qū)，才會有更好的經(jīng)濟(jì)性[1]。
2高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求
2.1提高穩(wěn)固性，保障安全性
在進(jìn)行高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候，一定要保障其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如此才能為高層住宅建筑工程質(zhì)量提供重要保障。結(jié)構(gòu)作為骨干基礎(chǔ)，其肩負(fù)著整個建筑物的安全性，直接關(guān)系著居民的生命財產(chǎn)安全。因此，在設(shè)計(jì)高層住宅結(jié)構(gòu)時，必須全方位地進(jìn)行系統(tǒng)化考慮，每一個細(xì)節(jié)、每一個構(gòu)件都要有嚴(yán)加把控，精確每一個設(shè)計(jì)參數(shù)，需要處理好構(gòu)件和構(gòu)件之間的聯(lián)系，以此來維護(hù)高層住宅結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其安全系數(shù)達(dá)到規(guī)定規(guī)范要求。
2.2提升舒適性，發(fā)揮功能性
高層住宅建筑的作用在于滿足人們的日常生活需求，為人們提供一個舒適的居住空間。在建設(shè)高層住宅結(jié)構(gòu)的時候，需要突出其功能性，根據(jù)人們的實(shí)際需求來進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，所規(guī)劃的設(shè)計(jì)方案不可脫離實(shí)用性。應(yīng)當(dāng)基于高層住宅建筑的實(shí)用功能，來科學(xué)布局其內(nèi)部空間，規(guī)劃設(shè)計(jì)平面布置，并且實(shí)施高質(zhì)量的外立面設(shè)計(jì)方案，以此來提高高層住宅建筑的美觀性，與此同時又體現(xiàn)出其良好的居住功能，增強(qiáng)人們的居住體驗(yàn)感，使人們感到舒適和安心[2]。
2.3經(jīng)濟(jì)性
在設(shè)計(jì)高層住宅結(jié)構(gòu)時，還需要考慮到其經(jīng)濟(jì)性，這一因素十分重要。規(guī)劃的高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，需要以保障高層住宅建筑質(zhì)量為前提，選擇最具有經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)方案。要根據(jù)高層住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求，使用合適的施工材料，科學(xué)應(yīng)用施工設(shè)備，優(yōu)化高層住宅建筑施工的各項(xiàng)資源配置，提高資源利用率，在不影響整體施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少施工成本，加強(qiáng)對高層住宅建筑施工資金投入的管理，有效利用投入資金，避免資金的浪費(fèi)。優(yōu)化高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量減少稀缺材料的應(yīng)用，提高建筑施工效率，使其能夠在規(guī)定工期內(nèi)完工。
3高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用
3.1高層住宅結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
以某高層住宅為例，其屬于小高層，共有15層，使用年限50年，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，抗震烈度要為7度，屬于丙類抗震設(shè)防類別，在商業(yè)樓層有局部錯層。本項(xiàng)目沒有設(shè)置地下室，根據(jù)地勘報告的情況，本場地淺層地表填土較深，須采用樁基礎(chǔ)形式。一般情況下樁基礎(chǔ)埋深的數(shù)值，應(yīng)當(dāng)是建筑物高度的1/18。本工程的住宅高度為41m，基礎(chǔ)埋深應(yīng)當(dāng)為2.27m左右。在設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)的時候，根據(jù)相應(yīng)的土層參數(shù)，選擇經(jīng)濟(jì)性更好的樁型，但前提是要保障樁混凝土總量相差不大。應(yīng)將樁盡量設(shè)置于剪力墻的下部，以在穩(wěn)固地基梁的同時，減少鋼筋材料的使用量。
3.2高層住宅結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行高層住宅結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候，先要根據(jù)實(shí)際需求來選擇結(jié)構(gòu)類型。小高層建筑局部中有兩層屬于商業(yè)用房，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求來進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，控制好現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距，其間距可設(shè)置為45m，通過抗震縫來將上部結(jié)構(gòu)細(xì)分為兩個部分。在設(shè)計(jì)的過程中，一切要從實(shí)際出發(fā)，所設(shè)計(jì)的參數(shù)，或是選擇的類型，都要符合小高層的實(shí)際建設(shè)需求，從多個方面來進(jìn)行細(xì)致的考慮。比如，要突出小高層建筑的平面實(shí)用性，由于其對商業(yè)部位的空間大小并無過多的要求，在設(shè)計(jì)的時候可選擇剪力墻為上部結(jié)構(gòu)，商業(yè)部位的錯層結(jié)構(gòu)選擇普通剪力墻結(jié)構(gòu)即可。設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的時候，需要考慮到抗震需求，根據(jù)規(guī)范的要求來確定剪力墻的配筋數(shù)量。若應(yīng)用的是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，則需要在短肢剪力墻的端部設(shè)置合適的約束邊緣構(gòu)件，提高剪力墻的抗震等級，另一方面要計(jì)算出合適的鋼筋配筋率以及配箍率[3]。在確定高層住宅上部結(jié)構(gòu)類型之后，便要進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算出其中的各項(xiàng)參數(shù)值。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要先了解高層建筑的整體平面布局，在設(shè)計(jì)其平面的時候，應(yīng)當(dāng)盡量保持布局的平衡性和均勻性，可采用對稱設(shè)計(jì)方法，避免出現(xiàn)過多的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)因素。高層住宅建筑的縱向布置應(yīng)當(dāng)具有連續(xù)性，要控制好建筑結(jié)構(gòu)的剛度，避免其突然發(fā)生變化而影響了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在這一工程中，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素主要有三方面：一是存在商業(yè)錯層，錯層會使結(jié)構(gòu)的質(zhì)心鋼心有所偏移，存在扭轉(zhuǎn)影響；二是在端部開窗，會形成一字墻，并且在這個高層住宅建筑中，一字墻的數(shù)量還并不少；三是在平面布置的時候，存在凹口，若是不控制好凹進(jìn)去部分的尺寸，那么則會導(dǎo)致平面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不規(guī)則性，抗震能力會減弱?；谝陨蠁栴}，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候應(yīng)當(dāng)做到以下幾點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)剪力墻的時候，需要將其長寬比控制在8以上，可選擇T型或是L形的墻體，盡量不選擇單方向墻體，應(yīng)當(dāng)維持剪力墻的均勻受力。剪力墻的厚度可控制在200mm，錯層處的剪力墻厚度可為250mm；（2）在平面布置的凹口處，可進(jìn)行拉梁和拉板處理，以解決平面不規(guī)則問題；（3）可于錯層處加厚樓板，并且在配筋的時候要做到雙層雙向；（4）加厚轉(zhuǎn)角處的樓板，角部開洞處則要加強(qiáng)配筋。在計(jì)算結(jié)構(gòu)位移的時候，需要考慮底層參數(shù)情況，還要控制好結(jié)構(gòu)的剛重比和偏心率，并且可通過科學(xué)的計(jì)算來預(yù)估結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的周期。在此工程中，如果所使用的剪力墻高度和厚度的比例大于8，或是在5~8之間，那么則應(yīng)當(dāng)按照剪力墻的施工規(guī)范來進(jìn)行設(shè)計(jì)和配筋，如果所使用的剪力墻高度和厚度的比例小于3，那么剪力墻在配筋的時候需按柱配筋，若是在3~4之間那么則要按照異形柱的配筋方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，存在連梁配筋計(jì)算不準(zhǔn)確，難以滿足實(shí)際要求的狀況，這是因?yàn)榧袅χ械倪B梁跨高比較小，地震作用下剪力一般會較大。在設(shè)計(jì)的時候，需要根據(jù)實(shí)際情況來確定連梁的最終截面高度，通常情況下，其高度保持在洞口頂部之下，樓層面之上，可將砌體材料砌筑于窗臺下部。如果是凸窗，則需要加設(shè)一根梁，梁與梁之間要做好砌筑工作，實(shí)施對稱配筋。若是在設(shè)計(jì)過程中，連梁的高度超過了700mm，那么所使用的腰筋直徑應(yīng)當(dāng)在10mm以上，之間的間距不可超過200mm。
3.3控制結(jié)構(gòu)超限問題
在設(shè)計(jì)高層住宅結(jié)構(gòu)的時候，要重視概念設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際需求以及建筑物的功能要求，來選擇合適的結(jié)構(gòu)類型，按照規(guī)范要求來布置抗震構(gòu)件，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位，把握其設(shè)計(jì)重難點(diǎn)，全面了解構(gòu)造要求。在設(shè)計(jì)時，要注重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，要在保障住宅結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)效益較高的設(shè)計(jì)方案，并且還要確保所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)建設(shè)方案符合實(shí)際要求，具有可行性。若是存在結(jié)構(gòu)超限問題，將會影響整個工程質(zhì)量，降低工程的經(jīng)濟(jì)性，因此在設(shè)計(jì)的時候要加強(qiáng)對超限項(xiàng)的控制，實(shí)施科學(xué)的設(shè)計(jì)措施來提高其經(jīng)濟(jì)效益。
4結(jié)語
在進(jìn)行高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候，應(yīng)當(dāng)從多方面來進(jìn)行綜合性考慮，不僅要突出高層住宅建筑的功能性，提高其實(shí)用性，為人們提供舒適而安全的居住空間，合理而靈活地布局空間，還要考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，需在不影響高層住宅結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，盡量選擇經(jīng)濟(jì)性較高的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以此來提高高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效益。要加強(qiáng)對高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的把控，根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)圖紙，確保其具有足夠的可行性。
參考文獻(xiàn)
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作者：康庭豪 王青琴 張浩 單位：中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司