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【摘 要】 随着我国城市化进程加快，城市人口急剧上升，人口与住房的矛盾已经成为了社会焦点问题。加之人们的生活水平不断提高，对生活的环境和物质条件的要求越来越高，而我国的城市土地资源本就缺少，想要解决人口和住房的矛盾，满足人们生活的需要，高层住宅建筑就成为了第一选择。本文对高层住宅结构设计中应优化的几个方面进行了探讨。
【关键词】 高层住宅；结构设计；优化
引言：
随着科学技术的进步和社会经济的发展，现代化的城市各处都是高楼耸立，对于高层住宅的结构设计方案也是层出不穷。在高层住宅的开发建设项目中，结构设计是非常重要的一个环节，与高层住宅的规划以及施工密切相关。高层住宅结构的优化设计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，使投资利益最大化，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。
一、高层住宅结构设计的原则
1、安全性及耐久性原则
高层住宅结构设计必须遵行安全性原则，安全第一，高层住宅的安全与否关系着众多人的生命问题，在高层住宅结构设计中，要将安全性原则放在首位。高层建筑的结构设计也要遵循耐久性的原则，在选择结构体系及建筑材料的时候，要严格把关，保证建筑耐久性。
2、舒适性原则
因为是住宅设计，所以要在结构设计的时候，充分的营造适宜居住的结构，要符合舒适性原则，满足住户的要求，如室内采光、温度、隔音效果和户型规模等问题。在结构设计的时候还要将居住者是否进行空间分割的问题考虑在内，在设计剪力墙的问题上，要尽可能的采用大开间进行布置。
3、经济性原则
在进行高层住宅设计之前，要充分的掌握施工地点的特性，在保证建筑安全性、耐久性和舒适性原则之后，要选择最为合适的最为经济的构造设计。因为设计方案所带来的成本将会直接的影响到房屋的造价问题，所以要在设计高层住宅结构的时候，在保证质量的前提下，采用经济型设计方案。
二、高层住宅结构设计优化
1、限制结构平面布置的不规则性避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转影响。结构刚度不对称也会产生扭转。所以在布置剪力墙时，应使结构均匀分布，令荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时，通过增加墙厚来调整扭转效应效果不佳。高层剪力墙结构住宅中剪力墙影响刚度，而剪力墙为矩形截面，惯性矩为IZ=bh^3/12，b为墙厚，h为墙长。剪力墙的长度对其刚度影响很大。首先分析哪部分结构刚度大，哪部分结构刚度小，增大刚度对结构有利，还是减小刚度对结构有利，通过增减剪力墙达到结构刚度均匀对称，满足高层建筑混凝土结构技术规程435条对最大水平位移和层间位移的要求。
2、限制结构的抗扭刚度不能太弱。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。扭转耦联振动的主方向，可通过计算振型方向因子来判断，在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型。当不满足以上要求时，宜调整抗侧力结构的布置，增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下，减小某些（中部）竖向构件刚度，增大平动周期，加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。
3、高层建筑的基础形式应选用整体性好，能满足地基承载力和层建筑容许变形的要求，并能调节不均匀沉降，达到安全实用和经济合理的目的。以下讨论平板式筏基和梁板式筏基经济合理的问题。平板式筏基与梁板式筏基相比较具有节约钢材、混凝土，施工工期短等优点。住宅一般开间小，即剪力墙间距小，并且剪力墙刚度大，所以剪力墙完全可以起到梁板式筏基中基础梁的作用。采用中国建筑科学研究院编制的JCCAD软件，用有限元法对不同基础形式进行基础计算，发现平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多，但梁板式筏基却有基础梁的配筋、混凝土用量和基础梁支模等情况。当采用梁板式筏基时有的基础梁的刚度达不到它所应起到的刚度作用，计算时超筋。于是还要再增大梁的断面。从综合经济效益分析，对于采用剪力墙结构形式的高层住宅平板式筏基比梁板式筏基更经济合理。
4、高层建筑平面凹入较深时构造处理。高层建筑平面不规则，容易发生震害，在不妨碍建筑使用的原则下可以采取以下措施：设置拉梁或拉板（板厚为250mm～300mm），拉梁拉板内配置受拉钢筋。满足梁板最小配筋率要求。
5、高层住宅转角窗处的构造处理。角部墙体开洞，与角部墙体不开洞的剪力墙结构相比，结构整体效应影响颇大，结构的抗侧力刚度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差异，角部墙体开洞的剪力墙结构其外墙内力明显增大。开洞的角部各构件扭转效应明显，特别是洞口处的连梁，需配置抗扭钢筋，转角处楼板宜局部加厚，配筋宜适当加大，在转角处板内设置连接两侧墙体的暗梁。
6、不规则楼板的计算。在居住建筑中由于平面使用功能的需要，常出现不规则楼板，以往处理方法在缺口设梁，这样影响建筑的美感。现在设计中改设暗梁，梁适当加宽。楼板的承载力潜力较大，计算时可按一般梁计算。通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程
三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（1）结构设计优化应注意前期参与
因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考慮结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。
（2）概念设计结合细部结构设计优化
概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。
与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做立面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。
（3）下部地基基础结构设计优化
地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
四、结语
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，实现住宅结构设计既安全又经济。
参考文献：
[1]徐良贤，田力.高层住宅结构设计的技术性探讨[J].中华民居，2011，（10）.
[2]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化，2007：12-13.
【关键词】 高层住宅；结构设计；优化
引言：
随着科学技术的进步和社会经济的发展，现代化的城市各处都是高楼耸立，对于高层住宅的结构设计方案也是层出不穷。在高层住宅的开发建设项目中，结构设计是非常重要的一个环节，与高层住宅的规划以及施工密切相关。高层住宅结构的优化设计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，使投资利益最大化，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。
一、高层住宅结构设计的原则
1、安全性及耐久性原则
高层住宅结构设计必须遵行安全性原则，安全第一，高层住宅的安全与否关系着众多人的生命问题，在高层住宅结构设计中，要将安全性原则放在首位。高层建筑的结构设计也要遵循耐久性的原则，在选择结构体系及建筑材料的时候，要严格把关，保证建筑耐久性。
2、舒适性原则
因为是住宅设计，所以要在结构设计的时候，充分的营造适宜居住的结构，要符合舒适性原则，满足住户的要求，如室内采光、温度、隔音效果和户型规模等问题。在结构设计的时候还要将居住者是否进行空间分割的问题考虑在内，在设计剪力墙的问题上，要尽可能的采用大开间进行布置。
3、经济性原则
在进行高层住宅设计之前，要充分的掌握施工地点的特性，在保证建筑安全性、耐久性和舒适性原则之后，要选择最为合适的最为经济的构造设计。因为设计方案所带来的成本将会直接的影响到房屋的造价问题，所以要在设计高层住宅结构的时候，在保证质量的前提下，采用经济型设计方案。
二、高层住宅结构设计优化
1、限制结构平面布置的不规则性避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转影响。结构刚度不对称也会产生扭转。所以在布置剪力墙时，应使结构均匀分布，令荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时，通过增加墙厚来调整扭转效应效果不佳。高层剪力墙结构住宅中剪力墙影响刚度，而剪力墙为矩形截面，惯性矩为IZ=bh^3/12，b为墙厚，h为墙长。剪力墙的长度对其刚度影响很大。首先分析哪部分结构刚度大，哪部分结构刚度小，增大刚度对结构有利，还是减小刚度对结构有利，通过增减剪力墙达到结构刚度均匀对称，满足高层建筑混凝土结构技术规程435条对最大水平位移和层间位移的要求。
2、限制结构的抗扭刚度不能太弱。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。扭转耦联振动的主方向，可通过计算振型方向因子来判断，在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型。当不满足以上要求时，宜调整抗侧力结构的布置，增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下，减小某些（中部）竖向构件刚度，增大平动周期，加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。
3、高层建筑的基础形式应选用整体性好，能满足地基承载力和层建筑容许变形的要求，并能调节不均匀沉降，达到安全实用和经济合理的目的。以下讨论平板式筏基和梁板式筏基经济合理的问题。平板式筏基与梁板式筏基相比较具有节约钢材、混凝土，施工工期短等优点。住宅一般开间小，即剪力墙间距小，并且剪力墙刚度大，所以剪力墙完全可以起到梁板式筏基中基础梁的作用。采用中国建筑科学研究院编制的JCCAD软件，用有限元法对不同基础形式进行基础计算，发现平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多，但梁板式筏基却有基础梁的配筋、混凝土用量和基础梁支模等情况。当采用梁板式筏基时有的基础梁的刚度达不到它所应起到的刚度作用，计算时超筋。于是还要再增大梁的断面。从综合经济效益分析，对于采用剪力墙结构形式的高层住宅平板式筏基比梁板式筏基更经济合理。
4、高层建筑平面凹入较深时构造处理。高层建筑平面不规则，容易发生震害，在不妨碍建筑使用的原则下可以采取以下措施：设置拉梁或拉板（板厚为250mm～300mm），拉梁拉板内配置受拉钢筋。满足梁板最小配筋率要求。
5、高层住宅转角窗处的构造处理。角部墙体开洞，与角部墙体不开洞的剪力墙结构相比，结构整体效应影响颇大，结构的抗侧力刚度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差异，角部墙体开洞的剪力墙结构其外墙内力明显增大。开洞的角部各构件扭转效应明显，特别是洞口处的连梁，需配置抗扭钢筋，转角处楼板宜局部加厚，配筋宜适当加大，在转角处板内设置连接两侧墙体的暗梁。
6、不规则楼板的计算。在居住建筑中由于平面使用功能的需要，常出现不规则楼板，以往处理方法在缺口设梁，这样影响建筑的美感。现在设计中改设暗梁，梁适当加宽。楼板的承载力潜力较大，计算时可按一般梁计算。通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程
三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（1）结构设计优化应注意前期参与
因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考慮结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。
（2）概念设计结合细部结构设计优化
概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。
与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做立面设计的时候，外立面上的悬挑板及配筋，满足基本的规范要求即可，达到既安全又经济的目的。
（3）下部地基基础结构设计优化
地基基础的结构设计优化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
四、结语
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，实现住宅结构设计既安全又经济。
参考文献：
[1]徐良贤，田力.高层住宅结构设计的技术性探讨[J].中华民居，2011，（10）.
[2]汪树玉.结构优化设计的现状与进展[J].基建优化，2007：12-13.