浅谈高层建筑结构选型问题分析研究

【摘要】高层建筑的结构体系是高层结构是否合理、经济的关键，高层建筑结构选型是高层建筑设计的关键环节，本文分析了高层建筑结构选型的重要性，并研究了影响高层建筑结构选型的因素，为今后高层建筑的发展提供了可靠依据。

【关键词】：高层建筑；结构选型；

中图分类号：TS958文献标识码： A

1、引言

近年来,随着经济实力、建筑技术的快速发展和对土地资源的合理、高效利用的迫切需求,我国高层建筑发展相当迅速。高层建筑的高度不断增加,功能和类型愈来愈复杂,结构体系趋于多样化,地区分布也更加广泛。高层建筑一般是承担较多功能,且工程造价较大的重要建筑物,所以从安全和经济的角度,高层建筑的概念设计就相当重要。高层建筑结构的选型在结构抗震概念设计中占有极其重要的地位,它们直接影响着结构的安全性与经济性。因此我们必须建立合理有效的研究体系,综合考虑各种条件和制约因素,为结构选型的科学决策提供依据。

2 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。

3 高层建筑选型主要内容

结构选型主要包括以下内容:(1)选择合适的基础结构; (2)选择合适的竖向承重结构;(3)选择合适的水平承重结构。高层建筑的基础结构有独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等多种形式;竖向承重结构有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体等多种形式;水平承重结构有无梁楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖等多种形式。高层建筑的初步设计中,为选择合适的结构形式,要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求:

(1)建筑场地宜选有利地段,避开不利地段,远离危险地段,避免土质液化及地基土不均匀沉陷灾害;

(2)平面和立面形式简单、对称、规则,减小偏心;

(3)抗侧力构件和质量分布在同层平面内宜基本对称,相邻层刚度和质量变化宜缓慢;

(4)地震区的高层建筑应具备多道抗震防线,有足够的承载力、刚度和延性;

(5)结构型式尽可能的与建筑型式相一致;

(6)施工简便可行,经济合理且与周边环境和谐。

4 高层建筑选型影响因素

高层建筑选型是工程项目的重要环节，由于其规模庞大，投资额大，功能要求多，所以其选型受多种因素的影响。

4.1所处环境影响

进行高层建筑物选型，首先调查其所在环境的因素，高层建筑所在位置的环境资料是进行结构选型的基本资料，并且所处的环境决定了建筑的基础结构、竖向承重结构和水平承重结构。高层建筑结构选型中，要考虑融合周边环境与建筑外形空间艺术的和谐，来设计高层建筑结构体系外部的部分。掌握高层建筑所处区域的情况，再融合专家的设计知识、经验以及工程实例发挥合理的想象，进行高层建筑选型设计。

4.2建筑功能要求会影响高层建筑的选型

高层建筑更能充分体现建筑的功能实现，因此建筑功能要求是高层建筑选型设计的首要考虑因素。任何建筑都要与客观空间和地质环境相匹配，高层建筑更是要符合土地资源高效开发利用的要求。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的各类结构体系的最大适合高度，以及对使用功能的要求，可以大体确定高层建筑的规模、高度和功能空间的分配。在高层建筑结构选型时要考虑提高建筑空间的利用效率，并且节省维护结构的费用，降低建筑物的总成本，这就要求所选择的结构式剖面要与建筑物使用的空间相适应。

4.3结构材料对结构选型的影响

结构材料在近年来的建筑中应用越来越多，结构材料的应用加速了建筑结构形式的变革，同时也给高层建筑结构选型带来了显著的影响。高层建筑的发展源于19世纪后期钢铁结构作为承重结构材料。20世纪中期以来，新型的结构材料不断涌现，轻质高强的结构材料在高层建筑中被广泛应用，这些结构材料的出现为高层建筑的发展提供了有利条件。在高层建筑结构选型时，可以密切结合结构材料的选用，结构选型设计应充分发挥材料性能的结构形式，创新高层建筑结构形式。

4.4工程施工技术

随着科技的发展，新的施工机械和施工技术在建筑工程中也广泛应用，这使得高层建筑以及大跨度建筑的各种结构形式都能够实现。传统的深基坑支护、桩基施工、大体积混凝土浇筑、深层降水等施工技术都进行了逐步改善，组合模板、大模板、爬升模板和滑升模板工艺逐渐趋于成熟，这些技术的进步保证了先进的建筑结构形式的实现。

4.5建筑结构设计理论发展的影响

随着创新理论的延伸，建筑结构设计理论也取得了显著的进步，为高层建筑的复杂结构设计和问题优化提供了理论基础。在新的结构理论研究中，重点研究了抗震设计对高层建筑结构外形的影响。由于高层建筑受所在区域地质条件和地震运动随机性的影响，会产生不同程度的损坏，这样难以确定抗震设防烈度，会给结构选型带来困难。针对上述问题结合我国对地震规律的认识程度和经济条件，结构选型设计提出了三个水准(小震不坏，中震可修，大震不倒)和两个阶段(承载力计算和构造措设计阶段、弹塑性变形验算阶段)作为建筑抗震设计的总思路。

5 结束语

近年来，随着高层建筑的不断涌现，高层建筑结构选型已成为国内外相当一部分专家和学者研究的重要内容，在理论研究和方法应用上尚未充分。综上所述，结构选型受多种因素的影响，是一个复杂的综合的决策过程，包含了多项不确定性。这就要求高层建筑结构选型要重视结构形式的创新与智能化，最终构建集成的智能形式高层建筑设计。

参考文献

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