摘要：本文通过对小高层住宅楼的结构类型、抗震能力以及经济适用性进行分析，发现钢筋混凝土剪力墙已经成为小高层设计的主要应用类型。小高层住宅楼的结构优化不仅仅局限在对结构本身的优化，而且涵盖了建筑方案、建筑空间以及建筑性价比等其他方面。
关键词：小高层住宅；结构设计；优化设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
随着城市化进程的加快，人们对于住宅楼的需求也越来越多。广阔的市场前景促进了建筑行业的兴起与发展，建筑的安全性、经济性也越来越受到人们的关注。小高层住宅楼的结构的优化不仅能够提升建筑本身的抗震能力，而且建筑本身的结构优化能为企业减少不小的成本支出。
小高层住宅结构的设计选型
小高层住宅采用的结构模型主要有框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构。但是随着人们对住宅的空间要求越来越高，原有的框架结构已经不能满足人们对于空间分隔的要求了，因此，新型的结构模式应运而生。现在小高层建筑普遍采用的结构类型主要有“短肢剪力墙结构”和“异形柱框架结构”。
（一）异形柱结构
异形柱结构主要包括异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构。异形柱是多肢的，它的剪切中心主要分布在平面范围以外，荷载时会产生较大的剪应力和翘曲应力，由于剪应力的存在，经常会造成柱肢出现裂缝。加上异形柱具有变形能力低、延展性较差的劣势，所以经常会出现建筑材料的破损。设计者在进行设计之前必须要通过可靠的计算和必要的构造措施来保证建筑材料的刚度，从而防止建筑材料的损坏。
（二）短肢剪力墙结构
短肢剪力墙的结构，是指在规定的水平作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的30%，这就要求短肢剪力墙的截面厚度不能小于300mm，墙肢的截面高度需要是墙肢厚度的4-8倍左右。这种结构布置比较灵活，能够很好的结合建筑平面，不会和建筑的使用功能产生冲突。再者，这种结构能够很好的利用中心剪力墙力的作用，达到建筑结构对刚度的要求。
经过两者的比较，发现“短肢剪力墙”这种模式比较适合现在的结构设计理念，一方面能够满足居民对建筑空间的需求，另一方面，也可以保证结构的刚度和承载力达到最佳水平，从而保证住宅的安全性。
结构优化方案的选择
（一）建筑竖向体型优化
小高层建筑的竖向体型不宜有过大的外挑和内收，竖向体型应该遵行规则、均匀的要求，结构强度的选择需要上小下大，从下至上，逐渐递减。不要采用变化较大的结构类型，较大的结构变化会在建筑内部产生薄弱部位，这种片面追求美观的设计结构，不仅为施工企业带来了不小的经济成本，而且在安全度上也大打折扣。
（二）建筑平面的优化
在小高层建筑过程当中结构的平面形状应该遵循简单、规则、乘载力分布比较均匀的结构原则。对于建筑平面的设计不宜过长。建筑体型的过长会导致永久缝的缺失，超长的结构建筑会使非荷载应力增大，从而会增加结构设计的配筋的使用。建筑物在设计过程中应该保证长宽比不宜过大，因为建筑物两个主轴方向上的动力特性相差过大会使其在风力或者水平地震的作用下产生的效应相差较大，进而导致平面的扭转不规则。
（三）概念设计优化
结构设计人员应该注重概念的设计，在建筑方案设计的过程中，建筑师就应该积极参与进去，提出自己的见解和建议。优秀的建筑作品需要建筑工作的设计人员、高层管理人员以及成本预算人员的参与，在设计美观的同时，保证建筑的安全性以及经济性。在结构设计过程中，要尽可能的促使建筑结构的平面设置和竖向设置达到简单、规则以及均匀的要求.控制建筑物的建筑高度，尽量避免使用转换结构、错层结构、连体结构、大底盘多塔结构等复杂的小高层结构模型。只有保持合理的刚度和承载力，才能保证在受到较大外力下建筑物的完好无损。
（四）剪力墙的设计
剪力墙的结构设计是小高层住宅楼结构设计的重要组成部分，剪力墙设计的好坏涉及到整个建筑施工的全程。结构设计在满足建筑物原有的建筑功能的基础上，剪力墙最好沿周边均匀、集中布置，在建筑物负载较大的部位，剪力墙的布置间距应该保持在合理的水平之下。抗震剪力墙结构的设计需要沿主轴方向或者其他方向双向布置，避免使用单向布墙的布置形式。剪力墙的截肢面应该尽量简单规则，避免出现独立的小墙肢。结合平面合理布置剪力墙的位置，控制剪力墙的间距，保证刚度中心和质量中心的重合，减少地震作用下的墙体扭转，从而保证建筑物的安全性。
（五）材料的选择
首先在材料选择上，最好选择抗压性较好的混凝土，尽量选用高标号的混凝土。这样不仅可以有效的减少建筑物的截面，增加了建筑物的使用空间，而且很好的减轻了建筑材料在建筑总体占用上的比重。
实际应用
（一）结构方案选择
经过经济指标的核算以及抗震反应程度的分析，小高层结构方案的选择应该是采用短肢剪力墙的结构体系。在对这个住宅楼的平面设计过程中，需要保持结构的平面形状和整体刚度相协调。采用双向设置，从平面上看，尽量保持对直。在竖向配置当中，需要保证建筑物的内收，防止力的分配不均导致薄弱环节的出现。房屋的抗侧强度中心尽量符合作用力的分布，防止房屋的扭转。
（二）抗震能力分析
根据对建筑剪力墙的肢长和厚度的对比，计算出肢长与肢厚的比例，如果肢长与肢厚的比重大于或等于5.0时，在结构的选择上就应该把短肢剪力墙作为最终的结构选择。这种剪力墙不仅拥有着良好的平面内刚度，而且在平面外刚度上也有着不错的效果，这就为抗震方面做了良好的刚度准备。另外，对于楼板的选择要考虑其弹性变形的情况，保证其有一定的扭转空间。
剪重比的控制标准也能反映墙体承受地震作用大小的重要指标之一，对于地震力的计算应该适中，计算的程度既不能偏大，也不能太小，原因是短肢剪力墙在抗震能力上有较大的缺陷，如果在抗震时剪力墙承受的压力太大，很有可能在抗震能力上达不到相关的水平。
轴压比的比值也能够在一定程度上反映建筑物的抗震水平，在建筑施工中，要对轴压比做好相关的控制，切忌轴压比过大，当轴压比超过一定标准时，柱的延展性就会变差，在地震作用下，就会缺乏延展的空间，从而导致建筑物的不稳定。
（三）结构经济分析
工程结构的设计不仅仅需要对建筑物的美观程度以及抗震能力上作必要的计算和选择，结构经济的合理设计也是影响工程最终方案选择的重要因素，结构经济的选择不仅需要对混凝土以及钢筋的用量做合理的经济运算，而且需要对其强度做出严格的检验。经济成本的投入也许是钢筋混凝土不能选择最优质量的影响因素，但那不是唯一的。建筑物不同的结构选择对建筑物原材料的选择也是不一样的，对于不需要高负载的建筑结构来说，高质量的材料选择不仅会造成资源的浪费，而且会提高建筑物的建筑成本。另外，建筑原材料的重量对建筑物的影响也是要考虑在内的。
结束语：
综上所述，建筑物结构方案的设计贯穿建筑过程的始终，对于建筑物方案的选择不仅对建筑物质量的好坏有着重要的影响，而且对于企业减少经济成本具有重要意义。因此，就需要设计师们根据建筑物的设计要求，做出精准的方案选择，达到施工最优的效果。
参考文献：
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