浅析现代高层住宅建筑结构选型与设计管控

吴炜斌

（厦门合立道工程设计集团有限公司， 福建 厦门 361000）

0 引言

高层住宅建筑结构选型与设计管理这两方面内容复杂，关系到高层住宅结构的科学合理性和结构安全可靠性，必须给予足够的重视。为了细致的分析结构选型与设计内容，以下将以厦门东宅安置房住宅项目为例，该项目位于厦门市环岛干道沿线，总建筑面积约15 万平方米，单体建筑高度99.5 米，属于高层住宅建筑。

图1 高层住宅效果图

1 高层住宅建筑结构选型的相关概述

高层建筑结构有其特有的结构特征，在建筑结构选型前，必须了解高层建筑承载的竖向和水平荷载作用，其中水平荷载对高层结构的效应起到主导作用。

高层建筑与低层结构项目在水平载荷方面效用有极大差异，低层结构因为其结构特性，水平载荷对其作用效应较小，随着楼层高度的增加，会使水平载荷对高层建筑结构的作用呈现指数曲线上升关系(如图2)，位移增量过大，会影响建筑整体的安全性，影响用户的使用感。结构侧移是否在安全范围内是高层结构设计需要高度关注的内容，抗侧力体系的是高层结构是否合理的和经济的关键。掌握高层建筑结构特征后才能合理分析和确定高层建筑结构体系的选型；水平作用包括风荷载和地震作用，属于动力作用，具备随机性和不确定性。高层结构设计还需要综合考虑结构计算和概念设计以及结构构造措施以确保结构安全和可靠性。

图2 水平载荷对高层建筑结构的作用曲线图

高层建筑选用不同结构体系和结构材料的结构刚度和延性不同。根据高层住宅的建筑特点，常用的结构型式有剪力墙结构、框剪结构、钢混组合结构等；常用结构材料有钢筋混凝土、型钢等。钢结构具备强度高、韧性大、抗震性能好和自重轻的优势，而且结构截面小可增加有效面积，可在工厂加工缩短现场施工工期，钢结构和钢与混凝土结合的组合结构在高层住宅结构中应用日益广泛和发展。目前，我国以及其他发达国家进行高层建筑过程中，对用钢结构需要从成本以及技术两方面考虑，在高层住宅结构设计期间，考虑到钢结构以及钢筋混凝土在作业方式、成本支出、工作难度等因素，灵活的匹配钢结构以及钢筋混凝土，在确保结构安全和建筑使用要求的前提下，通过两种材料优势互补的手段，保证工程总成本在可控范围内。

2 高层住宅建筑设计管理的相关概述

高层住宅是一个市场化程度较高的细分建筑类别，其设计管理牵涉到多专业多因素问题，是一个复杂系统工程，需要科学有效的设计管理。从项目立项、方案设计与调整、施工图设计的过程，要遵循政策法规、市场需求和业主要求等，协调各个设计专业和业主开发商的要求，组织和管理一个敬业专业、高效协作的专业设计团队。

结构设计在高层住宅工程设计中具有重要作用。高层结构设计难度和工作量大，关系到结构安全、建筑品质和工程造价等国计民生的问题，其设计管理分为以下几个阶段：

在项目立项阶段，要配合相关部门和专业，对工程选址、地质条件、地基基础进行可行性评估。在建筑方案设计阶段，要根据建筑方案设计提供科学合理的结构方案，并在方案的调整和优化过程中提供结构合理性和可行性建议，为住宅方案创作提供结构体系支撑。在施工图设计阶段，要组织结构设计团队，确定结构体系和荷载、抗震参数，建模计算并多人协同合作进行结构施工图设计。现阶段高层住宅设计周期短、进度紧，针对结构设计工作量大、任务重的特点，需要组织和管理多人协同设计，采用流水线作业方式提高工作效率。在设计前期进行专业评审，优化结构型式、结构布置和设计参数等重点难点问题，消除结构体系的错误问题和不合理因素；在设计过程至完成采取全过程设计合规性和施工图质量把控，确保结构设计安全合理、经济、合规性。

3 完善现代高层住宅建筑结构选型与设计管理的策略

3.1 选址的科学性

在东宅安置房住宅项目中，设计前期对选址进行可行性评价，了解周围环境与建筑所处位置的关联，根据地区工程经验和地质初勘结果，判明抗震不利地段或不利因素，收集建筑地基土层情况，分析环境因素对建筑稳定性造成的影响，科学的设计施工方案，避免设计和施工过程出现重大困难。

设计师需要在选址阶段，掌握建筑物与周围环境的匹配度，勘察工程所在地的情况，收集水文勘测报告，调研建筑周围的信息，确定工程所在区域的建筑结构布局，这是设计的准备工作，在此基础上才能根据掌握的信息.0进行宏观布局。

在东宅安置房住宅项目选址关系到建筑结构抗风抗震要求，提升建筑品质。建筑占地面积广，并且工程作业周期长，建筑选址工作如果没有权衡多方面因素，将会对城市整体规划带来极大的冲击，高层建筑选址需要考虑到各方面设计要点，还应该了解建筑整体规划布设要点。为了防止城乡融合受到建筑建设的干扰，从而对城市发展造成极大的影响，需要了解工程所在地的交通建设情况，还应该在不破坏当地整体格局的前提下，保持当地原有的区域结构，并使用概念设计理念，应用新工艺、新技术、新材料，进行绿色施工，让工程作业可以高效进行，在保证高层建筑不破坏区域整体结构的前提下，使工程所在区域其整体美观性符合美学标准。

3.2 设计的合理性

高层住宅项目方案设计期间，需要在科学性原则下进行，还应该考虑到目前国家对建筑行业作出的要求，需要在绿色节能视角下进行方案设计工作，为了降低工程所用的施工成本，需要了解施工参数，掌握现代建筑设计标准。高层住宅常用的结构型式包含框架结构、剪力墙结构、框剪结构和钢混组合结构，按照东宅安置房住宅建筑平立面要求，同时考虑结构体系对工程造价以及地震参数造成的影响，确定项目所属地的沿海风荷载条件、场地环境，选用结构刚度大，抗震性能好的剪力墙结构，同时建筑平面隔墙平整不露柱角的剪力墙结构，尽量把剪力墙布置在外墙、分户墙、楼电梯间、固定隔墙内，提高住宅的适用性。另一方面，鉴于传统设计思路以及规划方式已经难以满足大众对当前建筑的期待，所以设计人员需要改变传统设计观念，高层建筑必须具备观赏性以及实用性，这对建筑结构设计无疑提出极大的挑战。

设计东宅安置房住宅项目结构期间，需要收集大众对建筑的要求，还应该了解施工企业自身持有的资源，学习国内外在建筑方面的案例以及理念，在与时俱进的意识下进行工程方案设计，了解设计要点，确保工程项目整体稳定性达到安全标准，通过实验研究的方式，测定抗震抗风的能力，并根据试验得到的结果，将其作为方案规划要素进行高层建筑结构设计方案。

设计必须具备合理性、科学性的特征，还应该精简工程计算图纸，提升结构设计的合理性，考虑到高层建筑具备的施工难度大危险系数高等难题，为了防止施工作业期间，因不可抗因素的干扰，比如构件延性性能、温度应力、钢筋锚固长度等因素，对建筑整体稳定性形成的干扰，需要灵活地采用施工技术，确保工程作业可满足建设单位的要求。除此之外，需要分析以往工程案例，总结施工过程中影响建筑结构设计的因素，将外界因素对工程造成的影响降至最低，防止工程中断，影响施工单位经济效益。

3.3 抗震减灾性能

进行高层建筑设计期间，需要了解抗震方面的要求，在抗震设计过程中应该在安全性原则下进行，安全是建筑项目施工的关键要素，没有安全后面的工作均无法实行。高层住宅抗震设计应依据建筑工程抗震设防分类标准，确定抗震设防类别，根据工程所在地，按中国地震动参数区划图和建筑抗震设计规范，确定抗震参数并进行结构抗震设计。高层住宅抗风设计应根据荷载规范基本风压分布图和地区规定确定风荷载及抗风设计。

在确保建筑具备安全性的前提下，才可以继续完善建筑结构方案，增添建筑整体的美观程度，所以在建筑结构设计期间，需要将安全作为结构设计的首要工作，了解地震对建筑形成的影响，我国地域辽阔，不同省市发生地震的频率以及震级各不相同，所以进行抗震结构设计，需要了解不同省市对项目抗震能力的要求，还应该在掌握地基承载力的前提下，进行房屋抗震性能试验，了解地震效应与建筑重量成正比的信息后，需要尽量控制施工成本，在同等经济成本的前提下尽量选择质量优异且重量较轻的建材，引入现代设计思想，加强建筑结构整体的抗震能力，从而可以保证用户的人身安全。

3.4 人员综合素质

高层建筑结构设计难度高工作量大，需要掌握多方面因素，为此工作人员必须具备较强的专业能力，具备扎实的专业素养，了解建筑和机电、给排水、暖通等专业基本知识，跟随科技发展不断学习和提高。此外，在项目推进期间，引导结构设计人员积极参与业务培训，提升工作人员专业协作配合能力，从而才可以更好地完成复杂的高层住宅结构设计任务。在专业协作方面，因高层住宅设计专业交叉内容多而复杂，应在工程负责人制定的设计进度计划和各个设计阶段时间节点的框架下，按时保质完成设计内容和专业协作事项。

高层建筑项目结构专业负责人、设计人员均需要按照管理者制定的方案，完成各自承担的工作任务。除此之外，需要在项目推进期间，积极的参与业务培训，了解更多关于项目的信息，并不断强化自身技能，确保工程项目按照规定流程按时移交。

4 结束语

进行高层建筑结构设计期间，需要在保证结构整体安全性，符合规定标准的前提下，采用合理的结构型式，优化工程造价，提升建筑适用性，同时结构设计人员还应该在工程准备阶段，进行实地勘察，了解项目所处环境情况，寻找更多的工程参数，提升结构方案设计的科学性、合理性，尽量减小施工成本，保障参与工程项目各单位的利益。