高層住宅結構設計選型與設計管理探究

馮遠景

摘要：近年來經(jīng)濟和人口的不斷增長造成了住房緊張，人均住宅面積在縮小，這給高層住宅建設帶來一定的發(fā)展空間。目前在高層住宅結構設計管理中存在一些問題，在抗震、超高、沉降、嵌固端選取、樓層平面布置以及剪力墻的設計方面還有待加強，這些問題直接影響了高層建筑的質(zhì)量，因此管理人員必須針對出現(xiàn)的問題采取有效的措施，加強高層住宅結構設計，提高高層建筑質(zhì)量。

關鍵詞：高層住宅;結構設計;設計選型;設計管理

一、高層住宅結構設計管理中存在的問題

（一）抗震問題

高層住宅結構設計管理中，抗震設計是一個極其重要的環(huán)節(jié)，抗震設計比較復雜，抗震設計的過程中，需要對相關的建筑材料、結構以及建筑群深入分析。由于我國地區(qū)分布廣泛，有些地區(qū)處于火山地震帶附近，抗震設計十分重要，同時也為抗震設計帶來巨大的挑戰(zhàn)。

因為有些地區(qū)并沒有經(jīng)歷過比較嚴重的地震，所以設計人員在設計時并沒有意識到抗震的重要性，又因為我國的資金與物資的影響，設計人員在有關抗震的結構設計中放低了要求，所以后期高層建筑出現(xiàn)各種問題。并且，有些開發(fā)商在利益的誘惑下不按照高層住宅結構設計的造價，私自降低了高層建筑的成本，所以會引發(fā)許多抗震問題。高層住宅是人們居住的重要場所，如果高層住宅結構設計出現(xiàn)了抗震問題，就會給人們的安全帶來隱患。

（二）超高問題

高層住宅實際上是解決建筑用地面積，最大化開發(fā)建筑空間，對于不同的住宅設計，高層住宅設計在抗震方面更加嚴格，而且我國建筑規(guī)范中明確說明了高層住宅結構設計的高度問題，超過10層并且高度超過28米的為高層住宅，超過100米的為超高層住宅，并且高層住宅與超高層住宅在結構設計上也相差比較大。如果高層住宅超過了規(guī)定的標準，那么就需要按照超高層住宅的標準進行結構設計。

高層住宅結構設計中超高問題是比較常見的，主要是因為開發(fā)商對利益的要求高，所以沒有嚴格按照高層住宅高度的標準，這種情況下，高層住宅結構設計的整體性、穩(wěn)定性以及承重都會受到影響，并且還會影響高層建筑抗震性能，無法抵御外界的自然災害，人們的生命財產(chǎn)安全也會受到影響。

（三）沉降問題

高層住宅出現(xiàn)沉降情況后，嚴重會導致高層住宅倒塌，輕則會導致高層建筑的結構整體出現(xiàn)下沉，出現(xiàn)沉降的原因主要有：

一、是因為地質(zhì)條件引發(fā)，因為地質(zhì)結構比較復雜，再加上地基設計不夠合理，所以會造成基礎斜面的坡度比較大，從而影響了地基的穩(wěn)定性，或者是因為地基設計時沒有將地質(zhì)和地下水的情況了解清楚，所以后期高層住宅出現(xiàn)不均勻的沉降現(xiàn)象。

二、是因為高層住宅結構設計并不合理，所以隨著高層住宅的高度不斷增加導致高層住宅自重不斷增加，所以高層住宅的各部位由于受力不均勻出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象。

（四）嵌固端設置問題

高層住宅嵌固端設置與高層住宅每一層之間的是否形成統(tǒng)一整體有著直接的影響，如果嵌固端設置不合理會影響高層住宅的安全性，導致安全事故的發(fā)生。高層住宅嵌固端設置出現(xiàn)的問題主要有：首先，嵌固端的合理性并不好。高層住宅的嵌固端一般位于地下室或人防結構頂板上，設置在這兩個位置本身就存在極大的安全問題。一旦人防結構頂板出現(xiàn)問題就會影響高層住宅整體的穩(wěn)定性和安全性。其次，對設計剛度的大小控制并不好，這是因為嵌固端上下層的剛度比例不合理，造成了抗震裂縫處理不當，從而使高層住宅結構出現(xiàn)安全問題。

（五）樓層平面布置問題

設計人員在高層住宅結構設計時，在進行結構構件布置過程中容易出現(xiàn)問題。如在設計建筑方案的過程中過于注重住宅內(nèi)部房間的功能劃分和使用的舒適度，導致結構抗側力構件墻體與柱子在布置時不能對齊，使平面梁的布置不能形成一個統(tǒng)一的框架。從結構傳力方面來說，平面布置并不是一個統(tǒng)一的結構，雖然可以利用計算機程序或者力學知識得出一個結果，但是結果與現(xiàn)實往往存在較大的差別，計算分析在結果設計中是非常重要的一部分。

構造設計和結構概念設計也是非常重要的部分，實際上結構概念設計和構造設計是對理論設計的補充，一部分設計人員只注重建筑舒適度，并沒有重視結構安全問題，對結構的概念理解不清，所以產(chǎn)生了一些安全問題。

（六）剪力墻問題

剪力墻在高層住宅結構設計中也十分重要，在高層住宅中起著非常重要的作用，剪力墻可以提供良好的抗側力。在高層住宅結構設計中樓梯間周圍剪力墻的設計存在一些問題，因為樓梯間一側的墻體沒有和樓板連接，所以會對剪力墻分擔整體力的作用造成不利影響。

在大多數(shù)的高層住宅中，很多設備的管徑對墻體兩側的樓板都造成了比較大的限制，尤其是通風井的排放，這和設計人員在高層住宅結構中布置剪力墻的原因是不符的，這樣會降低整體結構的抗側力。并且在施工的過程中，有些施工單位為了縮短工期而加快高層住宅建筑的速度，這種情況對施工質(zhì)量造成了不良影響，在泵送中使用商品混凝土時，施工人員會調(diào)整水泥和粗骨料的比例，適當增加水泥，減少粗骨料，這樣的目的是增強結構收縮和混凝土的強度，使彈性模量增加，產(chǎn)生了比較大的約束拉應力，這就導致剪力墻出現(xiàn)了裂縫。

二、高層住宅結構設計管理的策略

（一）優(yōu)化結構抗震設計

抗震設計在高層住宅結構設計中是非常重要的一部分，對于高層住宅的高度和寬度進行嚴格把控，在設計時應該將有關的一些規(guī)范或者標準作為依據(jù)，并且還要利用多種計算程序進行復核，設計人員也需要多了解一些抗震結構設計方面的知識，重視抗震結構設計，以保證人們的人身安全為出發(fā)點。尤其是對于一些容易發(fā)生地震災害的地區(qū)，需要在高層住宅抗震結構設計中融入建筑隔震新技術，增強抗震性能。

例如，可以在建筑物底部與地基之間的位置增加適當?shù)幕A隔震材料，比如疊層橡膠支座、滾動滑動支座以及砂墊層。石墨墊層等緩沖材料，有利于減輕地震對高層住宅的沖擊，使建筑物與地基之間有一定的位移距離，可以實現(xiàn)底層位移而上層不動的效果。因此，在抗震結構設計中采取基礎隔震技術能夠減小高層住宅的變形，提高了高層住宅的穩(wěn)定性。

（二）優(yōu)化高層建筑方案

為了避免高層住宅超高問題的發(fā)生，設計人員必須優(yōu)化高層建筑方案。在高層建筑方案設計之前，設計人員必須要對施工周圍環(huán)境以及現(xiàn)場進行仔細的分析觀察，需要了解地下水的分布情況、地質(zhì)的結構情況以及風雪荷載等情況，這樣可以為建筑結構設計提供比較準確的數(shù)據(jù)，從而保證高層住宅設計符合建筑工程的要求和現(xiàn)場的實際情況。

并且在設計的過程中要嚴格按照我國建筑設計的標準開展高層住宅結構設計，最后再選擇合適的設計方案，還需要驗證方案的科學性、合理性，在各方面數(shù)據(jù)準確的情況下對設計方案進一步優(yōu)化，避免出現(xiàn)設計方案與實際情況不符合的情況，尤其要注意超高問題。因此，設計人員在確保高層建筑符合標準的情況下，精確選取設計參數(shù)，為高層住宅施工提供重要的依據(jù)。

（三）合理選取地基方案

為了避免高層住宅沉降現(xiàn)象的發(fā)生，設計人員必須合理選取地基方案。在設計地基方案的過程中，設計人員要對施工現(xiàn)場的地質(zhì)、地下水的情況了解清楚，然后再優(yōu)化地基設計，這樣能夠很好的提高高層住宅結構的安全性和穩(wěn)定性。在設計過程中，一般選擇天然地基、防水板與錨桿組合的形式，并且要準確計算基礎配筋量，能夠增強基礎結構的穩(wěn)定性，從而避免因為承重性能差而造成高層住宅不均勻沉降。如果高層住宅沒有地下室結構，可以選擇褥墊方式設置不同持力層，從而提高地下室結構的承重性能和強度，能夠有效避免地下室頂板因持力不足導致的裂縫，影響地基基礎結構的整體性能。

與此同時，在設計過程中，設計人員要時刻檢測地下水的分布情況，根據(jù)地下水的分布情況做好排水，有利于提高高層住宅整體結構的穩(wěn)定性。對于一些地質(zhì)比較復雜的地區(qū)，設計人員還需要考察施工現(xiàn)場的地質(zhì)，并對地基的基礎進行加固設計，從而增加土壤結構的穩(wěn)定性，有利于保證地基基礎能夠承載整個建筑荷載。

（四）科學設置嵌固端

為了保證高層住宅結構的穩(wěn)定性，設計人員需要科學設置嵌固端。設計人員在選取嵌固端的位置時，可以從有效埋深基礎頂面和頂面兩部分中選擇。嵌固端選擇的位置需要比地面高，并且應該保證嵌固端與埋深位置相同，同時控制嵌固端與室外地面的高度差。嵌固端選擇的先決條件需要選擇的位置具備比較高的強度和承載能力，這樣可以避免注塑性鉸下移。高層住宅地下室嵌固端位置可以選擇地下室頂板上，并且頂板的厚度需要在16厘米左右，還要確保頂板具有比較好的抗彎剛度，地下室頂板的設計不能留下空洞，這樣才可以保證頂板結構的整體性。

（五）平面布置時合理考慮結構概念

高層住宅建筑方案的設計應該保證理論與實際情況相近，設計人員在確定建筑方案時應該結合建筑方案的可行性以及優(yōu)缺點。設計人員必須充分考慮結構設計抗震概念以及結構受力概念，并融入到建筑方案中，高層住宅的抗震性能與建筑結構有著一定的影響，任何建筑結構都必須將結構安全作為前提，這樣才能保證高層住宅結構的安全。

（六）剪力墻設計

高層住宅在設計建筑結構時應該提前與建筑和設備專業(yè)做好溝通，避免對剪力墻造成影響，并讓實際貼近于理論。所以設計人員應該對剪力墻靈活布置，突破傳統(tǒng)布置的影響，從而保證整體結構的抗側力與強度的要求。剪力墻的長度和寬度尺寸與厚度相差是比較大的，根據(jù)對設計的不同要求，使用的設計與厚度是不同的。可以增加樓板的厚度和樓板的配筋率，盡量把剪力墻設計成L型或T型，有利于強化剪力墻的作用。對于施工工期短、剪力墻混凝土強度高、剪力墻處于溫差較大的環(huán)境的情況下，要提高墻體的配筋率，這就要優(yōu)化剪力墻結構中的墻體配筋，需要選擇比較優(yōu)良的材料，其中鋼筋材料是最重要的。

選擇鋼筋材料時要檢查鋼筋的各種合格證，這也是鋼筋材料進入場前的檢測工作，只有符合條案件的鋼筋材料才能用于施工。剪力墻結構墻體配筋大都需要將垂直鋼筋安置在其中，水平鋼筋安置在外面，這是由于地底下的墻體配筋比其他部分多，而且地下水壓和土壓產(chǎn)生的壓力比較強，這樣有利于增強高層住宅結構的穩(wěn)定性。

結束語：

綜上所述，高層住宅結構設計管理是高層建筑的關鍵部分，管理人員做好高層住宅結構設計，面對高層住宅結構設計管理中出現(xiàn)的問題，管理人員需要優(yōu)化結構抗震設計，優(yōu)化高層建筑方案，合理設計地基，科學設計嵌固端，在平面設計時合理考慮結構概念，改進剪力墻設計，從這六個方面提高高層建筑的質(zhì)量，有利于保證住戶的人身安全。

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