關于高層建筑結構設計中的選型分析

黃河

摘要：隨著國民經濟的快速發展。人民生活水平的不斷提高。功能俱全的高層建筑越來越多，而建筑師為了建筑立面美觀和藝術上創新，常常使得建筑平面形狀和立體的空間形狀復雜不規則，建筑體型日趨多樣化。本文針對日益復雜的高層建筑結構設計和選型問題進行了分析。

關鍵詞：結構設計；結構選型；高層建筑

0引言

在目前的工程設計領域，有大量的工作需要設計人員完成，因此對結構設計的經濟性問題就有所忽視了，致使對于同一個工程的設計讓不同的人員進行設計其工程造價方面存在著很大的差距，引起不必要的浪費。所以在設計階段，一定要做好結構設計和結構選型，這樣不僅可以保障建筑結構的穩定安全，還對工程總體的經濟造價制定了規劃，避免產生浪費。

1.高層建筑結構的特點

高層建筑的結構不僅要承受垂直方向的重力荷載，還要承受水平方向的風力荷載，與此同時，還要有抗震的能力。在底層建筑結構中，水平方向的風力荷載對其結構的影響力通常來說都比較小，但是在高層建筑結構中，水平方向的風力荷載和地震就將會成為破壞其結構的控制因素。對于高層建筑來說，高度增加了，相應的位移也就跟著增加了。但是太大的位移量會給人有很大的壓迫感，同時也就影響了建筑的使用，還會給建筑結構中的部分構件帶來損傷。因此一定要控制好位移，使之保持在一定的范圍內。鋼結構具有強度高、易于加工和韌性大的特點。

在高層建筑中鋼結構得到廣泛的應用，其特點表現為：結構斷面小、抗震性能好、施工方便、自重相對較輕等等。當然，鋼材料的成本并不低廉，隨著建筑的高度越高，其工程造價也會隨之增加。在大部分的發達國家，其高層建筑大多數都是使用鋼結構進行設計的，在我國，部分過高的建筑也是使用鋼結構進行設計的。因為，鋼結構與鋼筋混凝土結構這兩種結構都有自己的優點與不足，所以對這兩種結構進行合理的融合與發展，相互取其精華、去其糟粕，進而獲得技術優良、經濟合理的效果。

2.高層建筑結構設計注意事項

2.1 建筑高度

《高層建筑混凝土結構技術規程》規定了各種常見結構體系的最大適用高度。所以，一定要根據有關規范規定設計合理適當的建筑高度。隨著科技的發展，建筑物的高度也越來越高，而部分影響因素卻發生了質變，比如一些參數已經超出了有關規范規定的范圍，所以，對于設計的一些超高的建筑物，對待這樣的問題，一定要保持科學謹慎的態度。？

2.2 建筑材料

在地震多發區，采用何種建筑材料或結構體系較為合理是工程技術人員非常重視的問題，以確保建筑物的穩定安全。在結構體系發生變化的時候，需要設置一些加強層以及轉換層，與此同時，還要對其結構模式進行慎重的選擇，盡可能降低其本身的剛度，減少不利因素的影響。在高層的建筑結構中，盡量使用鋼結構、鋼管混凝土結構或者鋼筋混凝土結構，減小斷面尺寸，改善結構的抗震能力。

3.高層建筑結構選型

當所要設計的結構功能被確定后，可以按照其功能要求對結構進行相應的選型。在高層建筑中，結構選型上可以考慮剪力墻結構、框架結構、框—筒結構等，用材上可以考慮鋼筋混凝土結構、鋼結構以及組合結構等。所以，在結構工程中結構選型是重中之重，如果選型不當，就是結構計算的再精準，也會給結構帶來安全隱患，并且影響其耐久性。

在非震區建設高層建筑，水平方向的荷載是以風荷載為主。因此應選擇適合抗風的結構類型，也就是風壓體型系數相對較小的建筑體型，例如圓形或者橢圓形。在結構平面設計中，使結構平面的形狀和剛度盡量均勻對稱的進行分布，降低風力荷載的作用，同時要限制結構的高寬比例，以免建筑物傾斜和失穩。

在震區建設高層建筑，在總結震害規律和有關工程經驗的前提下，以宏觀的理念為指導，設計高層建筑的整體方案，并且要選擇適合的結構體系，達到抗震的效果。往往要選擇建設對抗震有利的區域，立體結構設計要做到傳遞地震作用的效果，擁有多樣的抗震防線，具有一定的剛度和強度，并且要分布均勻，避免側移使剛度發生突變。此外也要選擇風壓體型系數相對較小的形狀，同時要限制其高寬之比。高層建筑的豎直方向結構體系的重力荷載是通過從上到下層層傳遞并累積的，所以要求要有較大的柱、墻截面來分擔這些重力荷載。但是與豎直方向的荷載相比，側向荷載對建筑物的作用效果不是線性的，其隨著建筑物高度的增加而快速加大。

4.實例分析

4.1 工程概況

設計一座高層大廈，其主要功能是辦公寫字樓。設計方案的層數要求為30層的綜合樓，總的占地面積是2.6萬平方米，不設地下室。每層高度為3.3m，結構高度為99m，建筑高度為100.5m，建筑結構的平面是規則的對稱“井”字型平面。

4.2 設計方案

方案（一）：框—筒結構體系

在設計結構平面的時候，一定要充分考慮其抵抗水平方向和豎直方向荷載的能力，結構盡量簡單，避免地震帶來的損害。此方案的設計形式是平面對稱的設置框架，保持梁和柱的中線重合，方便力量傳導，減少重心不穩造成的影響?？颉步Y構體系中是框架和筒體一起承受荷載力，筒體中剪力墻總的抗彎剛度是結構中所有剪力墻抗彎剛度之和，進而使整個結構成了彎型的懸梁。

方案（二）：剪力墻結構體系

設計為剪力墻的結構形式一般均有良好的抗震能力。剪力墻之間的距離是按照建筑平面的總體布局確定的，如果距離過小的話，不能充分發揮材料的強度，還可能導致對地震的反應過大，同時結構自重的增加也會加大工程成本?？紤]到建筑時28層的綜合辦公樓，其中包括較大的辦公室和會議室，剪力墻的間距最好為6～8m，這樣可以充分發揮建筑墻體的承載能力，具有良好的技術與經濟效果。

4.3 選擇方案

在高程建筑結構中這兩種結構體系均有著各自的特點。進行軟件分析比較，剪力墻體結構系中剪力墻的軸壓比控制的比框—筒結構體系中柱的軸壓比要低很多，這就會降低了混凝土與鋼筋的利用率。這樣不僅增加了建筑結構自重，還增加了工程的總體造價。通過對這兩種結構體系的方案對比，此座辦公建筑使用框—筒結構體系更為合理。在結構受力方面上，進行合理設計，這兩種結構都滿足要求。 但是在經濟方面上，對于20～30層此類不算太高的建筑物，選擇框—筒結構體系更有優勢。

5結束語

綜上所述，在建筑功能方面，大多數的高層建筑結構所具備的功能均向著多元化功能方向發展。從建造方面上來看，首先，其結構體系越來越多樣化，這就導致了不同的結構之間進行了有機的結合。其次，使用了具有高強度、輕質量、復合型特點的新型建筑材料，使著建筑物朝著多方面的綜合化發展。因此，在以后的相關建筑選型中，要對建筑需求和建筑特點進行全面的考慮。

參考文獻：

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