楊遠東

(山西鴻泰達建設工程項目管理有限公司，山西太原 030013)

1 概述

近幾年，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，高層住宅也越來越多，高層住宅結構的科學合理布置能夠給居住者提供優(yōu)質(zhì)的建筑空間，使其享受到舒適、方便、安全的現(xiàn)代化生活，因此，通過采取現(xiàn)代化的綜合手段，提高高層住宅結構科學性具有重要的現(xiàn)實意義，本文首先分析了高層住宅結構應用中存在的問題，對目前常用的高層住宅結構體系進行了系統(tǒng)的評價，最終提出了高層住宅結構選型應考慮的幾點內(nèi)容，為提高高層住宅結構科學性提供一定的參考。

2 高層住宅結構應用中存在的問題

目前，雖然大中型城市中已經(jīng)開始大力建設高層建筑作為主要建筑形式，但其結構形式的選擇還存在一些問題有待解決。主要如下:

1)現(xiàn)有規(guī)程中對異形柱框架結構建筑要求其高度不高于50 m，結構的抗震性也有待研究。

2)如果僅從鋼筋及混凝土用量的角度進行分析，采用矩形柱建筑結構要比異形柱不論在用量還是經(jīng)濟性方面均更加具有優(yōu)勢，但矩形柱結構形式會造成柱面外凸，尤其對于居民樓會對室內(nèi)空間造成影響，因此，在解決室內(nèi)布置影響問題前其應用受到較大影響。

3)從經(jīng)濟角度看，高層住宅的造價要比多層住宅高，但隨著城市用地趨于緊張，應采取綜合手段來優(yōu)先推廣高層住宅，同時采取措施降低造價。

4)我國鋼產(chǎn)量逐年提升，目前供給已達到飽和狀態(tài)，能夠?qū)⑵鋺糜诟邔咏ㄖ?，不僅能夠降低工程造價，同時也為鋼提供新的銷售途徑。

5)塔式結構也是目前正在研究的一種高層住宅結構形式，但其結構形式易造成戶間面積差異大、朝向、采光以及通風難以平衡等等問題，這使得建造的個別戶型無人問津。另外，從整體形式上看，塔式建筑看似較為封閉，給人一種較為冷的感覺，上述缺點使得塔式結構難以大范圍推廣，而如果選用進深較大的塔式住宅形式，則會出現(xiàn)室外交往空間分散、瑣碎，空間壓抑的情形，不適合居住。

3 高層住宅結構體系評價

1)矩形柱框架結構體系。

矩形柱框架結構的承重主要是由框架梁和矩形柱組成的框架體系來承擔，該結構形式同時能夠承擔水平荷載，其具有空間大、靈活性強以及便于使用的優(yōu)點。其利用中的缺點在于住宅中的房間分隔具有一定的不規(guī)則性，從而造成矩形柱難以規(guī)則布置，同時，為了提高建筑的抗壓及穩(wěn)定性，會增大柱子的厚度，造成柱子的厚度有時會大于墻的厚度，影響了房間的美觀和家具等的布置;從受力角度分析，矩形柱框架結構抗側壓能力差，在地震荷載影響下會容易出現(xiàn)破壞。

2)大開間剪力墻結構體系。

剪力墻結構最早是以小開間的形式出現(xiàn)的，但由于墻體較多，使得建筑結構的自重增大，從材料的經(jīng)濟性角度限制了建筑上的靈活使用，因此，大開間剪力墻結構應運而生，其符合以人為本的建筑理念，由于其墻體數(shù)量較少，使得混凝土及鋼筋的用量也相應的降低，基礎費用更低;由于其側向剛度低使得房屋受地震影響的程度較輕;同時空間大，具有更好的靈活性及可變性，符合住宅的建筑要求。

3)短肢剪力墻結構體系。

為了彌補剪力墻結構剛度大，對地震反映敏感的缺點，在剪力墻結構的基礎上，吸取了框架結構的特點，形成了短肢剪力墻結構體系，其墻肢截面高度與厚度比一般為5～8，肢寬長約1 m～2 m，形式較為靈活多樣，短肢剪力墻結構仍屬于剪力墻結構體系，但其各項技術經(jīng)濟指標均優(yōu)于后者，目前在高層住宅中得到廣泛采用。其具有以下特點:a.豎向構件可通過間隔墻布置，不會使構件與建筑功能發(fā)生沖突，改善了矩形柱使用不便的缺點;b.墻的數(shù)量及肢的長短可根據(jù)需要確定，同時能夠根據(jù)尺寸和布置方式來調(diào)整剛度中心的位置;c.選擇方案多，布置靈活;d.墻間的連接梁能夠置于墻內(nèi)，不會對建筑美觀造成影響;e.中心剪力墻作為主要的抗側力構件，較易滿足剛度和強度要求;f.由于采用輕質(zhì)砌體結構代替剪力墻使得重量減輕，減小了結構整體剛度，在降低了工程造價的同時受地震影響較小。

4)異形柱框輕及框剪結構體系。

異形柱框輕住宅結構是采用鋼筋混凝土形成的非矩形截面柱與矩形或T形截面梁組成的不露柱角的隱型框架進行承重，根據(jù)對建筑的不同要求，可采用輕質(zhì)材體作為保溫、隔熱等的圍護結構，從而形成了能夠適合住宅建筑平面特點的異形截面柱框架輕墻節(jié)能住宅結構體系。該結構體系具有以下特點:a.能有效地解決建筑結構設計中的房屋超高超層問題;b.柱的設置可靈活多變，滿足了居民對大開間建筑的需求;c.與砌體結構相比，該體系采用輕質(zhì)墻體材料具有更小的自重，有利于結構抗震，降低基礎造價;d.通過采用專門的隔音、隔熱材料使得其相應的效果優(yōu)于砌體結構，有效的改善了建筑物的物理特性;e.由于采用了輕質(zhì)材料有效的降低了墻體厚度，增大了建筑面積，提高了投資收益。

異形柱框架—剪力墻結構能夠更好的應用于高層建筑結構中，其抗風、抗震性能優(yōu)良。

5)矩形柱框架—剪力墻結構體系。

矩形柱框架—剪力墻結構是通過在矩形柱框架結構中布置一定數(shù)量的剪力墻。該結構是目前高層住宅中應用較多的一種形式。其具有平面布置靈活，適用性強以及結構合理等特點，通過框架與剪力墻的有效結合能夠使得結構的抗側向力能力得到很好地發(fā)揮，具有較強的抗震能力。

6)配筋砌體結構。

配筋砌體結構是利用高強度的混凝土空心砌塊、專用砂漿、注芯混凝土配套材料，根據(jù)設計要求分別在水平向和豎向配置受力鋼筋和構造鋼筋，而形成的承重結構，是一種在無筋砌體結構基礎上發(fā)展起來的結構體系。具有以下優(yōu)點:a.墻壁厚度降低;b.跨度增大;c.可以建造更高的墻，且承載力較高;d.墻中注芯混凝土能夠有效提高隔音能力;e.提高耐火能力并改善傳熱性能;f.具有很高的抗拉和抗壓強度，能有效地抵抗由地震、風、土壓和大荷載產(chǎn)生的橫向荷載;g.配筋砌體能滿足多樣化建筑結構造型的需要，且造價較低。

7)新型結構組合體系。

目前，在我國建筑結構中鋼—混凝土組合結構體系的應用也日益廣泛。考慮到我國鋼產(chǎn)量已居世界前列，新型結構組合體系可采用鋼預制混凝土樓板或壓型鋼板混凝土組合樓板構成，充分發(fā)揮鋼材及混凝土兩者的優(yōu)點，不僅具有承載力高、延性好的特點，也能夠有效提高結構的抗側向力，解決了鋼結構中存在的耐火性和耐腐蝕性問題，并降低了結構的造價;而與混凝土結構相比，可以大大減小構件截面尺寸;其次，樓屋蓋體系使用預應力預制混凝土樓板或壓型鋼板混凝土組合樓板，一方面省去大量模板施工所造成的人工、材料浪費，促進了工藝的標準化，縮短了工期，另一方面能夠增大樓板的跨度，能夠滿足現(xiàn)代化高層建筑的大空間、大跨度的要求。

4 高層住宅結構選型

通過上述分析可知，高層住宅結構具有較多種的形式，且各自有優(yōu)缺點，在高層建筑中如何選擇合適的結構形式是結構方案優(yōu)化的核心內(nèi)容，其不僅能夠有效的提高結構的安全性、空間布局的合理性，同時也能夠達到更好的投資收益，對于高層建筑的實施具有重要意義。目前，住宅結構的選型已經(jīng)從依靠經(jīng)驗定性分析過渡到綜合利用各種先進的技術分析手段進行定量分析的階段。

1)高層住宅結構的選型方案評價需要考慮諸多因素，在確定最終目標方案后，應將目標因素細分為子因素，每個因素應列出具體、詳細的備選方案，可通過層次分析法的方式對此進行分析。

2)高層建筑體系中，可以選擇的結構方案如上節(jié)所述，在選擇過程中，可采用數(shù)值分析軟件對不同結構形式進行分析、對比，但由于形式的確定，不僅要涉及到結構的強度、剛度、抗震特性等可計算的內(nèi)容，也會涉及到美學、社會效應以及經(jīng)濟方面的“軟”因素，這也要求各專業(yè)包括建筑學、結構學、美學以及經(jīng)濟學等多學科的相互配合，在定量分析的基礎上，借助專家系統(tǒng)，充分利用人類經(jīng)驗的寶貴財富，在選型中發(fā)揮更大的作用，為設計服務。

3)抗震設計是建筑物設計中重要的一環(huán)，在確定結構方案時，應綜合考慮建筑物的高度、設防烈度、場地條件、地基基礎、技術經(jīng)濟指標等因素。同時，在高層建筑中，風荷載的影響也不可忽視，抗側向力的能力也是應該重點關注的內(nèi)容。

在選擇高層建筑結構體系時，應充分考慮建筑物的用途以及建筑物的高度，綜合分析，選擇最為合適的結構體系，經(jīng)過科學合理的優(yōu)化結構體系，使結構體系做到受力合理、經(jīng)濟實用、方便施工，從而達到既安全又具有良好經(jīng)濟效益的目的。

5 結語

高層住宅結構的合理選擇對于高層建筑的良好發(fā)展具有重要意義，應不斷的引入新的建筑體系，在獲得好的建筑環(huán)境的同時減少建筑垃圾的產(chǎn)生，這不僅符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，也必將是21世紀建筑業(yè)的一個新的增長點。

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