高层建筑结构设计及结构选型论文

高层建筑结构设计及结构选型探讨

摘要：高层建筑结构的功能要求建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条件下的功能要求有安全性、适用性、耐久性。结构可靠度就是要合理地确定结构的可靠度水平，使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。如何才能达到结构的可靠度要求，那就必须是混凝土设计及施工满足要求。高层建筑混凝土结构的设计可以从诸多方面入手，更加合理，有效地节约成本。

关键词：高层建筑；混凝土结构；结构设计；

中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：

引言：

高层建筑在当下的城市建设中越来越普遍，而作在高层建筑的施工过程中，混凝土的应用已经成为主流。高层建筑混凝土结构的设计也就显得尤为重要，不管是安全性、实用性还是耐久性方面，高层建筑的混凝土结构设计都需要精益求精，在保证设计原则的基础上找出一个最为合适合理的方法。

一、高层建筑结构设计特点

①侧向力(风或水平地震作用)成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。高层建筑和低层建筑一样，承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，可以忽略不计：在多层结构中，水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大；在高层建筑中，水平荷载和地

震力将成为主要的控制因素。

②结构应具有适宜刚度。随着高度的增加，高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时，不仅要求结构有足够的强度，而且要求结构有适宜的刚度，使结构有合理的自振频率等动力特性，并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。

③结构应具有良好的延性。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免高层建筑在大震下倒塌，必须在满足，必要强度的前提下，通过优良的概念设计和合理的构造措施，来提高整个结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力，来保证结构具有足够的延性。

二、高层建筑结构类型

高层建筑结构通常采用钢筋混凝土结构、钢结构、钢混结构组成，目前国内较为常用的高层建筑结构体系主要有框架—剪力墙、框架-剪力筒、剪力墙结构、筒体结构以及组合结构等。在西方发达国家，大多数高层建筑采用钢结构或型钢-混凝土组合结构设计，这是因为钢结构具有强度高、韧性大、易于预制加工和安装等特点，所以高层建筑钢结构的结构断面均相对较小，普遍具有施工方便工期短，自重轻，抗震性能好等特点。在我国，随着高层建筑结构设计高度的不断攀升，采用钢结构的高层建筑设计也逐渐增多。但是，高层建筑结构因为用钢量巨大，其工程造价一般也比普通的钢筋混

凝土结构高出许多。由于采用钢筋混凝土结构和钢结构均具有明显的优点和不足，所以在实际设计中，同时采用型钢和普通钢筋混凝土材料设计成高层组合结构，可以有效使得钢筋混凝土和钢材两种建筑材料互补长短，达到结构类型技术可靠，造价可控的设计效果。

三、加强高层建筑结构设计的措施1、进行合理的概念设计在国外的高层建筑结构设计中，概念设计较为流行，而国内则较少采取此方法。所谓的概念设计是指在通过科学的构想来完善设计工作，促进设计方案更趋合理化、人性化。在我国的高层建筑结构设计中，应用概念设计方法时，必须考虑到结构的平面布置与刚度宜，以保证高层建筑的平面布置简单、规则，减少凸出或凹进等复杂结构。另外，在概念设计中尽量减少扭转对于结构的危害性也是十分重要的，可以从以下两方面入手：进一步增加结构自身抵抗扭转的性能；尽量减少或控制因地震作用而引起的建筑结构扭转问题。2、选择合理的结构体系总结国内的高层建筑工程实践经验不难发现：在高层建筑结构设计中，如果结构体系的选择不合理，而仅是依靠所谓的先进理论和计算方法进行设计，难以保证建筑结构的安全性、经济性与可靠性，而且会留下较多的安全和质量隐患。由此可见，在高层建筑结构设计中，选择合理的结构体系是至关重要的，而且设计师应该重点分析的问题之一。目前，国内的高层建筑中主要采用：抗震墙结构、框架结构、简体结构、板柱-抗震墙结构、框架-抗震墙结构，以及部分框支抗震墙结构等，每一种结构体系都具有其自身的优点的缺点，适用的环境也有一定的差异，所以设计师一定要

结合工程项目的实际要求进行合理的结构体系选型。3、科学进行计算在高层建筑结构设计中，科学进行各类数据的计算是设计师必须掌握的专业技能。根据高层建筑结构的实际情况，设计师要选取相应的计算模型。在进行概念设计时，要注意简化计算流程，以保证设计工作的时效性。目前，在国内高层建筑结构设计的计算中，各种专业的计算机软件和工具已经得到了广泛的应用，设计师仅需将各种实地测量数据输入到系统中，就可以在短时间内获取所需的各种专业数据，大大提高了设计师的工作效率和设计方案的准确性。

四、优化高层建筑中混凝土结构的具体方法

1．高强砼和高强钢筋的合理使用建筑的总造价包括上部结构的材料、基础及施工等费用，构件的截面尺寸和用钢量对造价的影响很大，设计中合理使用高强钢筋(如梁、板筋采用三级钢)可有效降低用钢量，节约成本。如果高层建筑位于深厚软弱地基上，由于作用于地基上的荷载很大，合理使用高强砼和高强钢筋优化构件截面尺寸，减轻结构自重，将会降低基础施工的难度和造价，取得显著的经济效果。同时，对于地震区的高楼，地震作用的大小几乎与建筑自重成正比，减轻自莺能够减小结构的地震荷载，有利于提高结构的安全度。在设计中合理的使用高强砼和高强钢筋，能快速、有效的减少墙、柱、粱、板等构件的截面尺寸，降低用钢量，减轻建筑自重，最终达到降低造价的目的。

2．确保建筑结构设计均匀在高层建筑的一个独屯结构单元内，

宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；高层建筑的竖向体型宜规则均匀，避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。相信大部分的结构工程师都曾遇过类似情况：当一幢高层建筑的结构平面布置和竖向布置简单、规则、均匀，那么其各项指标的校验验算会很容易满足规范的要求，反之，则需花一番苦功才能令各项指标勉强满足规范要求。

结果可能是墙柱截面尺寸大得惊人，单位面积重量严重超标，不仅造价上去了，而且还影响部分建筑功能的使用。结构设计人员一定要注重概念设计，在建筑方案阶段就应积极介入，运用自己的专业知识提出建议，在满足美观、适用的前提下，尽可建筑结构的平面布置和竖向布置简单、规则和均匀。

这样一来，结构体系就会具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。只有这样，到扩初设计和施工图设计阶段的截面尺寸优化才会有实质性的意义。

结束语：

高层混凝土结构设计没有绝对最佳的标准模式，只有通过不断地探索、比较，去寻求相对的最优方式。才能逐渐的完善我们的设计，才能使我们的行业不断地追求尽善尽美的设计思想，不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计，用自己的结构设计概念、经验、判