高層建筑結構類型選擇的思考

王 茜（新鄉職業技術學院，河南 新鄉 453000）

建設高層建筑主要目的緩和人口與土地之間存在的矛盾，在進行結構選型過程中，需保證結構與結構材料、建造標準之間相適應，并考慮整體費用。對于高層建筑來講，所需資金比較龐大，進行結構類型選擇過程中，在不對其建筑功能產生影響基礎上，需盡量節約成本，體現出結構方案科學性[1]。

1 高層建筑結構類型選擇概述

高層建筑設計過程中，需針對其實用性進行綜合性考慮，運用平立面方式體現出建筑和周圍環境之間的協調，展現出設計效果獨特性。在高層結構進行選型過程中，平面形式的不規則性會增加后續設計難度[2]，需綜合考慮經濟因素、技術因素、施工難度、后期維護等，將長期需求和長期效益作為主要參考，避免出現設計與實際情況不符的問題，防止其產生不良反應或者是出現資源浪費。對于高層建筑結構類型來講，不僅決定結構設計是否能夠達到較好效果，也與結構美觀性、實用性、經濟性之間聯系十分緊密[2]。結合力學概念分析可知，由于高層建筑類似于懸臂構件，因此與低層結構相比，水平荷載產生的位移影響更大，荷載和地震結構發生作用是位移出現的主要原因。在結構高度不斷增高時，位移也會明顯增加，進而出現使用問題與舒適性問題。因此進行結構類型選擇時，不僅需使用規范結構側移，也要保證結構抗側力。

2 高層建筑結構體系

2.1 剪力墻承重

剪力墻為高層建筑中常用結構，可以將非承重隔墻實際數量減少，和框剪結構相比其在用鋼量方面更少，并且室內和室外不存在漏梁柱[3]。一般情況下，剪力墻在結構體系方面為橫縱相交形式，可以發揮承重結構作用，也能發揮分間隔斷墻效果，墻體在剛度上比較大。并且，墻體呈現出橫縱交錯狀態，和框架結構相比剛度更大，這有利于抵抗地震力荷載和風荷載。

2.2 剪力墻結構

框架在剛度、強度不能與實際需求之間相適應情況下，建筑平面位置便需運用較大剪力墻將框架替代，進而構建框架－剪力墻相關體系，遇到水平力時，剪力墻與框架可以運用連梁與樓板構成能夠協同的結構體系，體系中框架需承受垂直荷載[4]。對于剪力墻來講，需承受的水平剪力可以減少建筑物產生的水平位移。

2.3 筒形結構

對于筒性形結構體系來講，包括筒體－框架、單筒體、多束筒、筒中筒多種形式，筒體為受力構件，劃分成空腹筒以及實腹筒這兩種類型。

3 高層建筑結構選型的影響因素

3.1 環境因素

在了解建筑基本情況基礎上，需運用層次性、目標性、多方案進行結構選型工作，在工作開展過程中，不僅涉及設計知識、設計靈感，還關系工作經驗[5]，同時也和前期采集工作之間聯系緊密。進行選型時，最先應該考慮的問題為建筑物所處區域環境條件，這與建筑物結構水平承重能力和橫向承重結構能力聯系緊密。進行選型時，需考慮到周圍建筑外形，使高層建筑在結構形式方面和周圍環境、空間環境之間達到了統一。

3.2 建筑功能

對于建筑功能來講，屬于建筑設計重要組成，建筑中重點關注的便是建筑功能的體現，任何建筑結構設計都存在功能上的要求[6]。就高層建筑來講，對于結構功能要求更為重視，在功能不同情況下，結構方面的要求也會有所不同。商場與住宅在結構方面的要求差別較大，在此過程中，需結合功能要求科學設計建筑的尺寸和規模。

3.3 經濟因素

對于高層建筑來講，規模比較大，涵蓋范圍比較廣泛，因此，需花費較高成本。建設過程中，經濟指標的實現關系建筑能否獲得預期效益。選擇結構類型時，需在確保其安全基礎上，盡可能體現出結構布置優化，使建筑在建設中最大化實現自身效益。對于投資者來講，效益最大化的實現是他們的追求，因此，結構類型選擇中，經濟指標占據重要主導地位，也關系著建筑可行性。在建筑建設中對經濟指標進行綜合性分析，可以進一步了解結構形式的經濟性。對于高層建筑來講，結構經濟性體現主要為控制單位面積實際用鋼量，并且控制混凝土用量、勞動成本、材料用量等。同時，基于節能角度和綠色建筑角度分析，重視節約資源。除此之外，工期也與建筑價值聯系緊密，工期越短則價值性越明顯。這主要是由于工期較短時，資金便能較快回籠，最大化實現經濟效益。

3.4 施工水平

施工中新技術與新機械的運用，使高層建筑實現了大跨度結構形式，并且樁基施工、深基坑支護、混凝土澆筑等技術獲得了不斷改善，大模板、組合模板、滑升模板等多種工藝不斷成熟，這是先進結構形式運用的基礎。同時，需關注施工結構處于施工階段與使用階段的實際受力情況存在的差異，認識到不同階段進行結構類型選擇的差異性。

4 高層建筑結構類型選擇

4.1 基于功能結構選擇

結構功能在確定之后，便可以將功能要求作為依據展開結構選型。就高層建筑來講，進行選型過程中，需綜合考慮剪力墻結構、框架結構、筒中筒結構、框筒結構等多個方面，用材放方面可以使用鋼筋混凝土、鋼結構、組合結構多種形式，如圖1。如果結構類型選擇不夠恰當，即使計算結構時比較精確，結構在使用時的安全性與耐久性仍然會存在問題，結構類型選擇類型正確能夠促進結構全壽命不斷優化。高層建筑處于非地震區域時，產生的水平荷載主要為風荷載，因此，高層建筑為非地震區時，盡量保證建筑主體抗風作用較好，也可以選擇風壓體型系數相對較小的體型，一般情況下，建筑體型為流線型和由下向上變小的截錐體型在系數上比較小，抗風效果比較好。

圖1 鋼筋混凝土

4.2 基于荷載情況選擇

結構進行平面布置過程中，最好保證結構平面在形狀和剛度方面分布時呈現出均勻堆成狀態，盡量減少風荷載發生的作用，減少效應、內力對變形產生的影響，并對結構高寬比進行控制，避免出現失穩或者是傾覆問題。對于地震區來講，高層建筑進行結構類型選擇過程中，屬于抗震設計范疇，需建立在總結震害發生實際規律的基礎上，也需考慮工程經驗，將宏觀概念作為主要指導，保證高層建筑設計中整體方案的正確性，體現出結構體系合理性。同時，應選擇風壓實際體型系數相對較小的形狀，對高寬比進行控制，高層建筑和多層建筑、底層建筑的水平結構體系與豎向結構進行體系設計時原理基本相同。在高度逐漸增加過程中，豎向結構成為設計時的控制因素，荷載較大時需對應使用墻、柱、井筒，并且側向力產生的剪切變形與傾覆力會較大，進行結構類型選擇時，需體現出科學性。

對于高層建筑來講，其豎向結構產生的重力荷載會呈現出傳遞積累狀態，在此過程中，需使用墻界面或者是柱承受荷載，并且豎向結構需將地震作用或者是風荷載傳遞作為參考基礎。和豎向荷載之間對比，側向荷載產生的效應并不是處于線性狀態，在建筑物逐漸增高過程中會有所增大，應根據荷載和恒載進行設計，讓墻、柱、電梯井、樓梯等承擔較多水平力，抗剪為需解決的主要問題。房子框架比較矮時，可以使用墻板填充，這種方式能夠發揮附加支撐作用，不需要增加豎向荷載所需的柱與梁。

4.3 基于超高問題選擇

高層建筑超高問題比較常見，出于對高層建筑應具備的抗震能力考慮，需嚴格要求建筑結構實際高度，進行結構類型選擇時，也需基于高度問題進行分析，在此過程中，結構設計方法與措施獲得了明顯改進。開展設計工作過程中，常常會在結構類型出現變更時導致問題被忽視，造成施工圖審查時不能通過。因此需組織專家會議針對方案展開論證，結構類型選擇會對建筑工程工期、造價以及成本產生較大影響。

5 結語

總之，高層建筑中，結構類型的選擇是結構設計時十分重要的環節，需要進行科學選擇，提升設計水平，盡量節約資源，促進資源最大化實現。在此過程中，需不斷學習先進技術，形成動態性思維，使結構類型選擇可以和工程設計要求之間達成一致，加強對涉及到經濟指標的考慮，也需了解當地實際施工條件以及施工水平，保證相關計劃制定時的科學性與完善性。