高层住宅结构设计优化

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-11-21浏览：23次

　　摘要：随着人们生活水平的提高，住宅不仅仅是一个遮风避雨，休息的场所，而且更是人民享受生活的场所。如今，对住房条件要求越来越高，高层住宅结构的优化设计，不仅可以提高建筑物安全度，还可以减低工程造价，节省成本，让住房有更高的性价比。本文对住宅结构设计优化设计提出几点建议，希望对设计人员有所帮助。

　　关键词：高层住宅,结构,设计优化

　　0引言

　　高层住宅结构优化是指对建筑物结构进行合理分析，提出结构设计优化方案，目的是在设计满足国家相关建设法规的前提下，提高建筑物的技术质量，降低总成本，是投资利益最大化，并且能保证建筑物抗震性能和安全性。结构设计优化是对设计再次分析，再次加工的过程。让住宅结构刚度适中、均衡整体结构布局、减小构件在外力影响下的变形或者破坏，达到既美观又坚固抗震的效果，这是高层住宅结构优化的目标。

　　在高层住宅结构优化设计中，每一道工序都要精心设计，做到计算合理准确，方案合理可行，本文对设计优化存在问题进行分析并提出几点可行建议。

　　1高层住宅结构设计现状

　　1.1 住宅结构设计现状

　　低层建筑和高层简述横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的，但是建筑高度越高，竖向结构设计越难，这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高，就要求有较大的柱子或者墙来承受垂直压力负荷，这对建筑材料的要求比较高。另外，住宅越高，侧向力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多，而且侧向荷载产生的响应并不是线性的，而是随着高度增加而迅速增大，在现代高层住宅建筑物中，重要的问题是整体抗弯和抗变形，抗震等，高层建筑与低层建筑结构有着很大差异，需要考虑的因素也很多，例如共振，扭转，水平侧向位移等。所以，高层住宅结构设计比较困难，考虑因素复杂多变，影响因素很多，所以在设计的时候，要从整体上进行把握，设计出实用性强的好方案。

　　1.2 高层住宅结构设计影响因素

　　住宅越高，安全性就越来越要重视，抗震性能也要增强，所以设计中要考虑的因素也就增多，主要影响因素有水平负荷，轴向变形，侧移等。

　　(1) 水平荷载.。水平荷载是需要考虑的决定因素，一般来说，竖直方向上载荷在构建中受力只与楼房高度有关，但是水平受力却比较复杂，且易受外界条件影响，数值变化不定，所以其是影响住宅结构设计因素。

　　(2) 轴向变形。在高层住宅建筑中，楼层越高，竖向负荷就越大，能够在轴向引起较大的变形，影响建筑结构的续梁弯矩，将会引起连续梁之间支座点的负弯矩值降低，造成端支座负弯矩值以及跨中正弯矩值增大，从而引起预测材料长度不准确，对下料长度产生影响。

　　(3) 控制指标侧移。结构侧移量是高层建筑结构设计要重点考虑的因素，这一点与低层楼房不同，楼房高度越高，侧移量在水平荷载影响下变形越明显，所以在设计的时候，要注意在水平荷载作用下的侧移要控制在要求范围之内。

　　(4)结构延性。结构延性是一种重要设计指标，高层住宅建筑在地震作用下的变形大，建筑越高，变形越明显，为了在地震情况下放置建筑物倒塌，要特别注意在构造上采取合适的措施，保证住宅的安全。

　　2高层住宅结构设计优化

　　2.1 选择设计结构方案

　　进行高层住宅结构设计优化时，首先要进行结构方案的选择。结构方案的好坏决定了结构设计的好坏，对于同一个建筑设计要求，其结构方案往往是不唯一的，但是不同的设计方案会影响工程质量和工程造价，在设计时，一定要选择合理的结构设计方案。可以遵循以下原则。

　　首先，根据相关建筑规则的规定来完成结构设计方案总体要求，处理好结构与结构的相互关系，充分发挥结构的最佳受力状态，是结构尽可能简单明确，直接易懂，具有足够的承载力，良好的延性和刚度。其次，要保持结构的安全可靠。应该仔细考虑每一个构建，使各个构建能够相互协调，发挥最大功能，保证设计目标水准，使结构既经济又安全。再次，要尽量避免或者减小外力作用下的扭转效应。因为抵抗扭转效应所需要的材料用量很大，而且结构也会很复杂，会提高工程造价，不经济不实惠。最后，要积极与建筑部门进行互动交流。结构设计者往往对建筑结构和材料不是很了解，在设计结构方案时，要与建筑师进行交流，听取他们提出的建议，结构设计师要充分理解结构概念，真实客观地进行设计，通过反复优化，修改，最后设计出造价最低并且质量最好的结构方案。

　　2.2 设计优化

　　在进行高层住宅结构设计优化时，首先是要对建筑结构进行基础设计，主要有结构承重体系设计，建筑缝的处理设计等，基础设计完成后，就可以开始进行优化设计了，在优化设计时，要注意一下几方面。

　　(1)正确认识结构设计优化的重要性。现在房地产已经是一个大产业，人们对住宅要求也越来越高，而作为投资方，追求的是利益的最大化，进行住宅结构优化的设计，不但可以有效降低总成本，还可以使建筑结构更美观安全，能经济合理的节材降，从而减低工程造价。高层住宅结构设计优化，首先要仔细阅读建筑结构图纸，综合考虑各种因素的影响，经过反复优选等过程，达到设计优化目标，对原结构方案设计进行改进，合理惊醒构件布置，适当选择构件尺寸等，做到精益求精，最后提出优化建议。

　　(2)设计方案优化。这部分是设计优化的重点，不仅要进行对抗侧力单元优化设计，还要进行框架结构优化设计。使设计符合防震要求，在各项参数都符合规范要求的前提下，不断进行优化设计，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构两方向刚度接近两个方向水平位移，达到最佳受力状态。

　　在设计时，首先要进行建筑结构分析，主要由竖向抗侧力构件构成，包括剪力墙，筒体，框架等。主要分析他们的受力状态，使构件充分利用起来。在进行计算分析时，不能盲目地依赖计算机，还要结合工程师的实际经验，选择合适的计算参数，经过多次计算比较，找到最佳参数值。要注意实际结构与计算模型的偏差，因为计算机在计算的过程中，需要对模型进行假定，而实际结构优势错综复杂的，所以计算值与实际结构会有差异，在通过计算值来选择结构时，要充分结合实际情况来分析。

　　其次进行框架结构优化主要是根据住宅结构平面，分析竖直载荷和水平载荷，合适实际情况，合理布置构件，选用合适材料，结合实际材料构造进行结构分析和内力分析，根据分析结果适当调整设计结构。此外，还要进行可行判断，对优化结果进行内力分析，满足设计要求的前提下，校验可行性，如果不可行，就要调整设计方案，知道方案可行为止。

　　(3)地基处理的优化。高层住宅建筑更要注重地基的处理，否则将前功尽弃，在选择地基时，要选择地质条件不复杂，容易施工的地质，因为地质条件越复杂，做好地基工作造价越高，而选择相对简单的地质条件，不仅可以降低地基处理的成本，地基安全度也会增加，从而降低工程造价，提高工程性价比。

　　(4) 进行建筑材料的优化。优化建筑材料目的就是花尽量少的钱，做到经济安全，符合设计要求。这就要求在选择建筑材料时，要合理利用材料性能，根据不同的需求来选择不同的材料，实际上，因材料选择不当造成的浪费很多，有些地方需要质量好材料，有些地方一般材料即可达到要求，设计时，要充分考虑这些因素，例如采用高强度钢筋低强度取代钢筋的时候可以节约钢材。

　　3结论

　　高层住宅结构设计优化能够有效降低工程造价，带来可观的经济效益，不仅能让建筑物安全实用，又能使其经济美观，舒适。所以进行结构优化设计至关重要，实际设计中，要结合实际情况和具体条件来灵活运用设计优化方法，实现住宅建筑设计既安全又经济。

　　参考文献

　　[1]高立人等.高层建筑结构概念设计[M].北京:中国计划出版杜,2005.

　　[2]GB50223-2004.建筑工程抗震设防分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社.2004.

《高层住宅结构设计优化》

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文章名称：高层住宅结构设计优化

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