高層建筑結構設計及某工程結構選型研究

沙建華

摘要：隨著我國經濟發(fā)展水平的不斷提高，建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展，建筑質量得到了顯著提高。隨著建筑項目的增多以及土地面積的不斷減少，城市中的高層建筑占據(jù)了城市建筑的主導位置，為了使高層建筑物的安全性和穩(wěn)定性得以保證，就要做好其結構設計和選型。文章對高層建筑結構的設計和工程結構選型進行了分析。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；結構選型；建筑行業(yè)；建筑質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU208 文章編號：1009-2374（2015）30-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.006

隨著我國各項經濟建設速度的增快，促進了房地產行業(yè)的發(fā)展，建筑行業(yè)無疑成為了我國經濟增長的支柱，而城市中的高層建筑物非常多，并與生產建設以及人們生活密切相關，為此要想確保高層建筑物的穩(wěn)定性就要做好其結構的設計和選型。本文從高層建筑物的結構特點出發(fā)，探討了做好建筑結構設計和選型的方法，希望能夠為相關部門提供一些借鑒。

1 高層建筑結構的特點

1.1 抗震性能好

高層建筑是城市發(fā)展的產物，在城市化進程的推動下，高層建筑的重要性逐漸凸顯，并且其建設質量決定著一個城市的發(fā)展程度。其主要特點為：一般高度的建筑物結構都會承受來自外界的垂直負荷以及水平負荷，其抗震性能標準是非常高的。因為一旦發(fā)生地震，如果建筑結構的抗震性能無法達到標準，結構物的平面布置不當，就會造成剛度中心和質量中心有較大的不重合，結構會沿著豎向剛度有很大的變化，則容易造成結構破壞，進而因為結構過大的扭轉或反應，變形集中，建筑薄弱底層房屋將倒塌。尤其是高層建筑，其抗震性能更是設計人員應該著重考慮的問題。現(xiàn)代高層建筑結構基本采用鋼結構，而鋼結構在實踐中的應用得到一致的好評。鋼結構具有自重輕、結構的抗震能力好、強度和剛度都很高的優(yōu)點，能滿足現(xiàn)代高層建筑施工的基本要求。

1.2 穩(wěn)定性能好

此外，來自外界的建筑結構水平負荷對低層建筑物產生的影響較小，而高層建筑物因為高度的限制受到水平負荷和地震影響較大，并且隨著建筑物的增高，其產生的位移會大大增加，如果位移幅度較大將對居民的生活產生較大的影響，會增加人的不舒適感。為此，其結構位移是高層建筑結構的一大特點，要想確保其穩(wěn)定性，就要將結構位移控制好，抗側力結構的設計是非常重要的。結構穩(wěn)定性能是影響建筑施工安全的重要因素，結構穩(wěn)定是確保后期工程項目能正常投入使用的重要前提和基礎。建筑結構穩(wěn)定性主要包括部分結構的穩(wěn)定性和整體結構的穩(wěn)定性。在高層建筑結構穩(wěn)定性設計中，要考慮的因素很多，是一項十分復雜且注重細節(jié)的工作，所以設計人員應該不斷積累自身實踐經驗，從細節(jié)出發(fā)，確保結構整體格局的穩(wěn)定性，保證結構體系的完整性。

2 高層建筑結構設計方法

2.1 應用分析方法了解各類結構體系

2.1.1 框架式的剪力墻結構。高層建筑結構種類是非常多的，其中框架式的剪力墻結構就是較為普遍的一種建筑結構，其內在的位移結構設計方法非常多，并衍生出了很多的計算方法，應用最為普遍的是連續(xù)假定方法。在對位移的協(xié)調性進行計算時，要明確剪力墻框架的水平位移與轉角狀況，從而對其進行正確的計算，其求解的方法是構建結構位移和結構負載之間的關系方程式。但是在對其進行構建過程中，其影響因素和內在的需求等變量是有所差別的。

2.1.2 剪力墻的體系。剪力墻的受力與變形狀況是剪力墻結構開洞影響的。剪力墻的單片受力特性是有差異的，并且按照這種差異可以將其分為單肢墻結構和特殊的開洞墻結構。這些不同的墻面結構截面所具有的應力和負荷也是有差異的，為此，在對其內應力和位移進行計算時要采用不同的計算方法。通常采用的計算方法是平面限單元方法，這種計算方法準確性較高，并且適合多種類型的剪力墻。但是其缺點是資源的浪費較為嚴重，自由分散度也較多。

2.1.3 筒體結構。根據(jù)其計算模型的處理方法不同，筒體結構的分析也是不同的，主要包括連續(xù)分析法、分散分析法以及三維空間分析法，其中三維空間分析法的精確度較高，并且很多工程都采用這種計算模型。

2.2 高層建筑的抗震分析設計和應用

高層建筑抗震分析和設計是高層建筑結構設計中的重點，為此要想使高層建筑能夠具有非常強的抗震性能，并滿足結構功能，就要對高層建筑結構的彈性、塑性、變形能力進行研究和分析。現(xiàn)今，我國抗震性能的各項規(guī)范都是構建在地震多發(fā)帶上，并滿足高層結構內應力和位移條件，這種在多地震帶上進行的設計和分析對高層建筑穩(wěn)定有重要意義。

3 高層建筑結構選型的主要內容與要求

高層建筑結構在選型上有非常多的要求，同時也是確保高層建筑結構穩(wěn)定的前提。其主要內容是：要選擇好基礎結構；水平和承重結構要適合；豎向承重結構包含了剪力墻；橫向承重結構有單板和雙板的樓蓋。在高層建筑初期設計階段，要想使設計符合規(guī)范就要明確高層建筑結構的特點和使用范圍。其選型的要求為：高層建筑設計要選擇好地段，要盡量在安全的環(huán)境下設計和選型，從而減少事故的發(fā)生率。所以，要求設計人員也要深入到施工現(xiàn)場，全面勘察和調研項目施工場地的地質情況和地質特點。全方面搜集相關的數(shù)據(jù)和資料，確保提出和制定的施工方案具有可行性。在抗震設計過程中，高層建筑要有足夠強的承受力，并具有多重的抗震防線；其結構的選型要與建筑物的承受力相適應；在施工過程中，要盡量節(jié)省資金和資源，并要與周圍的環(huán)境相適應。高層建筑的結構設計受環(huán)境的影響較大，并且風力、壓力、承受能力等都是影響因素；建筑方案中的建筑尺寸、方位、高度等基本因素，還有建筑的外形、立體形態(tài)等；建筑使用功能也是非常重要的因素，一般高層建筑功能按照其功用的不同呈現(xiàn)出不同的利用價值，比如住宅、辦公樓等。有很多建筑功能和結構是不能匹配的，為此，要針對建筑功能的不同對建筑物進行設計。此外，建筑施工工期也是影響因素，還有建筑施工材料的供應狀況、建筑設計和施工質量的影響、建筑結構的抗震性等。為此，在選型時一定要對其影響因素進行綜合分析。

4 結語

本文主要對高層建筑結構設計與選型方法進行了分析，并對結構設計和選型的具體方法提出了建議，表明要想使高層建筑提高抗震能力并使穩(wěn)定性增強，就要做好結構的選擇和設計。所以，作為一名設計人員，應該明確設計方案的科學性和可行性對后期工程項目施工的重要影響，設計人員應該明確自身的工作職責，具有吃苦耐勞的精神，能深入現(xiàn)場進行勘察和調研工作，為設計方案的完成搜集和提供詳細和可靠的數(shù)據(jù)，以設計出最完美的建筑結構方案，并科學合理地完成結構選型，達到項目整體效益最大化的戰(zhàn)略目標。

參考文獻

[1] 胡愷.民辦院校“高層建筑結構設計”課程應用型教學改革探討[J].中國電力教育，2012，（26）.

[2] 牛海成，徐海賓.面向可持續(xù)發(fā)展的高層建筑結構設計課程教學改革探討[J].高等建筑教育，2013，22（2）.

[3] 季靜，黃超，韓小雷，等.基于性能的設計方法在超限高層建筑結構設計中的應用研究[J].世界地震工程，2010，23（1）.

[4] 徐培福，薛彥濤，肖從真，等.帶轉換層型鋼混凝土框架-核心筒結構模型擬靜力試驗對抗震設計的啟示[J].土木工程學報，2010，38（9）.

（責任編輯：周 瓊）