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高层住宅结构设计与优化

2020-04-23 08:03:33

       摘要:高层住宅建筑的数量在一定程度上代表了城市化发展水平。为提高城市化发展水平,高层住宅建筑必要走上现代化发展之路。随着城市化进程加快,高层住宅日趋增多,在符合规范要求且满足建设方实现利润最大化要求的前提下,需对该类房屋结构进行优化设计研究,以保证常规的高层剪力墙结构住宅设计品质与经济的相协调。
       关键词:高层住宅;结构设计;优化设计

       引言

       虽然我国着力为提高高层住宅建筑节能水平提供发展思路,但是部分建筑单位因缺乏深入了解高层住宅建筑节能建设方法等,导致自身建设水平处于停滞不前的发展状态。这就表明建筑单位有必要构建完善的节能建设体系,以此更好地指导节能建设工作。〉〉玻璃幕墙的优化,分分钟就省几百万

       1 优化设计的重要性

       优化设计的重要性主要是:用地成本居高不下,住宅设计取费标准不变,随着市场竞争,定制产品设计品质和含钢量指标成为衡量设计是否优秀的关键,有些甚至与设计收费挂钩。故在有限条件下合理优化,满足安全适用、经济合理、技术先进的要求,使建筑环境、使用功能最优化,提高空间利用率和提升居住品质。结构设计经济合理,不仅利于设计企业的发展,而且可节约社会资源,实现未来的可持续发展。

       2 基础结构的设计理论

       首先是上部结构的刚度的影响。如果高层住宅建筑工程中的基础结构出现问题,就会对整个工程的安全与质量产生严重的影响。在基础结构中如果上部的结构属于绝对的刚度,在发生地基变形危害的时候,作为竖向的构件就会导致沉降问题发生。如果对竖向的构件抗转动能力忽略不计的话,则构建中的支座就可以作为基础中的重要支撑,不会导致整个上部结构出现弯曲,但是会导致基底的反作用力增加,造成局部弯曲。如果上部的结构属于绝对柔性,结构对于地基的变形也不会产生任何的影响,当然这种绝对柔性绝对刚性结构不存在,而实际基础结构属于两者之间,需要通过专业的分析软件进行全面的刚度分析,从而保证基础结构与地基荷载之间的稳定,保证上部结构的刚度逐渐变大,基础的应力就会慢慢减小,另外上部结构中的内力也会发生变化。其次是建筑结构设计的抗震性能的影响建筑工程的使用中,最大的安全威胁就是自然灾害,随着全球进入新一轮地震活跃群,地震对人类影响越来越大。由于我国的地势影响,很多地区都属于地震的高发区,因此这些区域需要提高抗震性能设计。〉〉对建筑结构优化设计的几个误解

       3 高层住宅优化设计要点

       3.1地下室结构方案比选
       高层住宅优化设计要点之一是地下室结构方案比选。常规标配小区除主体住宅,还包括周边裙房商铺、售楼部、幼儿园、地下车库等。相较上部,地下室结构施工周期较长,工程量和造价占整个结构的25%~30%,地下室设计合理与否成为整个设计的核心。根据甲方提供的车位配比、现场土方开挖工程量、场地地质条件、抗浮设计等方面因素,在方案阶段需研究单层及多层地下室方案优劣、结构梁板方案比选、基础及地下室抗浮设计方案比选,最终选择最合适地下室结构的设计方案。
       3.2合理使用高强度等级混凝土和高强钢筋
       高层住宅优化设计要点之二是合理使用高强度等级混凝土和高强钢筋。随着环保节能要求不断提升,钢材产能过剩,新版国标要求使用高强度等级混凝土和高强钢筋。 〉〉剪力墙结构优化设计确保经济性

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       常规设计6度区A级高度的高层住宅结构,如剪力墙结构竖向构件:33层,高度大于80m,剪力墙抗震等级为三级,混凝土等级C30~C45;27层,高度小于80m,剪力墙四级,混凝土等级C30~C40;18层,高度小于60m,剪力墙四级,混凝土等级C30~C40。地下室除主体相关的混凝土等级C35。竖向变截面与变混凝土错开2层,先变截面,后变混凝土。可见,现有住宅主要是剪力墙结构或框支剪力墙,按照80m或60m的限制对结构材料、含钢量等影响很大。楼板配筋按照最小配筋率和强度计算,板跨越大,采用HRB400级以上的高强度钢筋,节省的钢筋数量越明显,有效降低住宅含钢量。
       3.3水平与竖向的钢筋设计
       高层住宅优化设计要点之三是水平与竖向的钢筋设计。剪力墙的竖向与水平的钢筋的设计主要牵扯到两个方面的内容,一方面是关于设计之前的各种数据计算及分析,比如剪力墙的墙肢的偏心受拉正截面、斜截面承载和剪力墙的墙肢的偏心受压正截面、斜截面承载等,根据具体的数据信息,决定用何种质量和性能的钢筋,以确保剪力墙结构的水平和竖向的受力。另一方面的内容为,在住宅建筑工程中所采用的剪力墙结构一般为钢筋混凝土结构,由于混凝土自身的特性,导致剪力墙容易出现开裂的情况,对于此问题的处理,一是要注意混凝土的强度、配合比,二是改变剪力墙水平与竖向的钢筋设计,要尽可能的避免使用较粗的钢筋,而要使用较为细密的配筋,同时适当加大钢筋的配筋率,使用合理的分布钢筋配筋率,以此方式达到加固剪力墙的作用,进而提高剪力墙竖向和水平的承载能力,一是可以起到竖向承重的作用,二是提供良好的抗风和抗震的能力。
       3.4墙肢长度与厚度设计
       高层住宅优化设计要点之四是墙肢长度与厚度设计。针对剪力墙长度以及厚度的设计应当予以足够的重视,这一过程是确保剪力墙力稳定传送的关键性内容。在就其长度进行具体的设计时,首先应当分析剪力墙结构承载力以及相关的经济性,依次为基础再就其实际的长度进行设计,此外在设计过程中基础上也需要考虑到建筑功能以及具体的需求,在长度控制上不应当过长,以便于过长的剪力墙长度导致剪切破坏情况,尤其是就单片剪力墙而言,倘若长度未得到很好的控制,整体刚度过于大,那么其吸收水平作用会随之出现增加趋势。就大多数情况而言,剪力墙墙肢的长度应当控制在8m范围之内,每一个墙肢的长度应当控制在3m以上。在满足了这些要求的前提下,倘若存在水平应力传输,剪力墙能够创造延性良好的弯曲破坏,可以在一定程度上避免墙体弯曲开裂后出现相对较大的裂缝,进而破坏墙体的稳定性。
       3.5截面沿高度的变化
       高层住宅优化设计要点之五是截面沿高度的变化。当建筑的底部墙柱数量设置过多,在减少建筑上半部分墙柱截面,剪力墙数量的过程当中,会因为墙柱的整体应力分布不平衡,造成整个建筑的稳定性和刚性程度下降,进而会直接影响到房屋的整体抗震能力。因此,在高层住宅设计时,截面尺寸应沿结构高度均匀变化,高层结构剪力墙不宜在底部为适应建筑净面积及竖向承重的要求布置大量200mm的墙肢,在上部为控制成本减少剪力墙数量,此做法会加大层刚度的变化,对抗震不利,同时也不一定经济。应与建筑专业协商,尽量在结构底层合理设置墙肢厚度,此做法有利底部的墙肢稳定,同时柱墙的截面沿高度合理变化,与混凝土强度变化错开,避免再同一位置形成薄弱,有利于结构的安全稳定。〉〉岩土工程设计都需要做什么

       结语

       总之,在社会经济快速发展的背景之下,城市人口逐渐增多。高层住宅建筑不仅可以满足城市人口居住需求,而且可以节约土地。因此,我国提倡建设高层住宅建筑。由于高层住宅建筑消耗社会资源的总量相对较大,阻碍社会可持续发展,相关人员在深入地探究节约该类型建筑消耗资源的方法。当前,节能高层住宅建筑得到社会广泛关注,并取得一定成果。因此,建筑企业有必要掌握节能高层住宅建设技巧,促进建筑事业稳定发展。

       参考文献:
       [1]建质[2015]67号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[Z].北京,2015.
       [2]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

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