关于高层建筑结构选型设计的初步探讨 张奎立

关于高层建筑结构选型设计的初步探讨张奎立

发表时间：2018-11-16T19:14:04.653Z 来源：《基层建设》2018年第30期作者：张奎立[导读] 摘要：高层建筑选型的问题伴随着高层建筑的日益增多也开始凸显，大量的高层建筑造型不顾结构的安全性和经济性，设计方案虽然夺人眼目，却为此要付出巨大经济代价。

安徽新天柱工程规划设计研究院有限公司安徽省合肥 230000摘要：高层建筑选型的问题伴随着高层建筑的日益增多也开始凸显，大量的高层建筑造型不顾结构的安全性和经济性，设计方案虽然夺人眼目，却为此要付出巨大经济代价。解决这些问题的最好方法之一就是正确处理高层建筑的选型设计。

关键词：高层建筑；结构选型；设计

一、高层建筑结构选型的重要性

高层建筑与城市社会发展的关系密切我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升，城市居住、生产、生活用地日趋紧张。为节约及充分利用城市土地资源，减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费，提高城市社会吸纳能力及其综合效益，缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾，改善城市环境与调节心理等城市社会性问题，高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长，且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。

高层建筑结构复杂性提高现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂，高度、规模、投资日益增大，要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为需求多元化、功能综合化的趋势，必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化，为增大建筑净空高度，很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现，对结构系统形式的要求提高。随着高度与规模等增大，高层建筑投资增加、工期增长，其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显。结构优化，首先是其形式的优化，然后才是其布局与构件参数的优化。高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变，选型需要的知识信息愈加庞大，选型结果受人为因素的影响也将增大。

二、结构的选型问题

1.结构的超高

在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，特别是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对其重视，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。

2.结构的规则性

新旧规范在这方面的内容产生了很大变动，在这方面新规范增添了很多的限制条件，如：嵌固端上下层刚度比信息、平面规则性信息等，此外，新规范采用强制性条文对“建筑不应采用严重不规则的设计方案”进行了明确规定。因此，结构工程师在遵循新规范过程中必须要严格注意这些限制条件，防止后期施工图设计阶段工作陷于被动。

3、短肢剪力墙的设置

在新规范中，短肢剪力墙定义为对墙肢截面高厚比为5~8的墙，且通过实际经验和实验数据，对在高层建筑中的应用短肢剪力墙增加了很多限制，因此要最大程度避免采用短肢剪力墙。

4.嵌固端的设置

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了此从而带来一系列需要注意的方面.如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，其中任何一方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

三、高层建筑结构选型

根据高层建筑结构的受力特点，对高层建筑结构在概念阶段的设计显得尤为重要，该阶段设计的优缺点直接影响建筑工程整体的经济性。

（一）高层建筑结构体系选型与建筑施工的关系高层建筑施工工艺的不同，不仅会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标，而且也会影响到建筑结构的受力状态，抗震性能等。所以在高层建筑结构体系选型时就要对施工工艺连同其它因素加以权衡，综合考虑。现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要包括材料、模板及施工三部分。据统计，在造价中模板的费用是最主要、最易变化的部分，它可占总造价的33%-55%，模板体系选择是否合理，不仅影响主体结构造价，而且与施工速度及劳动力消耗有着密切关系。

（二）高层建筑结构抗震体系选定的原则（1）具有明确的计算简图和合理的地震力传递路线；（2）具备多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效，而导致整个体系丧失抗侧力或承受重力荷载的能力；（3）具有必要的承载力、良好的延性和较多的耗能潜力，从而使结构体系遭遇地震时具有足够的防倒塌能力；（4）沿水平和竖向结构的刚度和强度分布均匀，或按需要合理分布，避免出现局部削弱或突变，形成薄弱环节，从而防止地震时出现过大的应力集中或塑性变形集中的危险。

在确定高层建筑方案的同时，应综合考虑房屋的重要性、设防烈度、场地类别、房屋高度、地基基础，以及材料供应和施工条件，并结合结构体系的经济、技术指标，选择最合适的结构体系。

四、针对高层建筑结构选型进行设计

1、结构选型设计的条件

在进行建筑结构选型设计前，需要对建筑结构的功能要求进行充分的分析，在满足相应功能要求的基础上，实现合理的高层建筑结构选型设计。在高层建筑选型上，需要充分的考虑到各种建筑结构形式，并针对材料的选用情况进行慎重的分析。一般来说，很多的建筑成本花费最高的阶段就是结构设计阶段，而且在这一阶段，施工工期也相对较长。所以，有效的保障结构选型设计的质量，就能够使得高层建筑建设的整体质量得到保障。

2、结构选型的重要性

结构选型对于结构工程的建设来说，有着重要的影响作用。如果出现选型不恰当的问题，那么就会使得结构设计也存在相应的偏差，结构的安全性和耐用性就会大打折扣。因此，就需要合理的进行高层建筑结构选型。在一些特定的区域，如非地震带，高层建筑的结构选型，需要充分的考虑到水平荷载和风荷载这两种荷载因素。在这一区域，高层建筑结构需要选用抗风性较强的结构形式，而建筑的体型则需要选用风压系数相对较小的体型。

而在对建筑结构平面进行设计的过程中，则需要合理的对平面结构的形态和刚度进行精确的设计，以保障结构的稳定。在地震高发区域，建筑选型需要充分的考虑到地震因素，将宏观调控作为主要的指导方针，有针对性的对高层建筑整体方案进行设计，构建相应的结构体系，使得抗震效果得到最大化的体现。

3、建筑的结构体系设计具有一致性

建筑的形式有很多种，主要为多层建筑、高层建筑和低层建筑。无论是何种形式的建筑，其在水平结构体系设计以及竖向结构体系设计上，均参照一致的原理。然而，在建筑楼层逐渐增多的基础上，竖向结构体系在设计上也需要进行控制。之所以会出现这样的情况主要是因为在建筑楼层数增多的情况下，竖向荷载也会增大，对于支撑柱、墙和井筒的要求就会提高。同时，在建筑侧面所呈现出的倾覆力以及剪切力等也会相应的增大，因此要合理的对设计进行控制。

高层建筑与低层建筑和多层建筑在结构荷载的设计上有着一定的不同，高层建筑需要克服的问题是变形的问题，有效的针对变形进行抵抗。而低层建筑和多层建筑则主要需要解决的问题则是抗剪。要想能够使得高层建筑筑足以抵抗相当大的侧向荷载和侧移，常常不得不进行专门的结构布置，柱、梁、墙和板的截面总是要大一些。

结束语

高层建筑结构选型设计至关重要，因此，在高层建筑工程的后续发展中，要不断提高管理人员素质，加强对高层建筑结构选型设计的重视，严格管理体系，促进高层建筑结构选型设计水平的提高。

参考文献：

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[3]赖明，杨溥.钢筋混凝土抗震结构选型的模糊综合评判[J].建筑结构学报.2013（04）