高层建筑结构设计以及结构选型分析

摘要：高层建筑的结构选型关系着建筑物的安全稳定性，影响建筑结构选型的确定和不确定因素众多。本文结合影响高层建筑结构选型的影响因素和决定要求，对建筑结构的设计以及结构选型进行分析，探讨如何保证建筑结构的可靠性和经济性。

关键词：高层建筑结构；结构选型；影响因素；分析

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

引言

近年来，伴随着现代科学技术和建筑工业技术的不断提高，各种类型的建筑结构提醒也到了不断的改进和发展。高层建筑的是根据其建筑高度来进行划分，其划分的标准并没有严格的标准，一般来讲，当建筑物的高度导致其在规划和设计施工以及建筑材料运用上与其他多层建筑有显著不同时，并在一定的高度范围之内就划分为高层建筑。高层建筑的结构体系主要有框架结构，异型柱框架结构等结构，高层建筑的结构要承受建筑物本身和外界因素带来的建筑负荷，需要考虑到建筑物的抗震能力。

随着社会经济的高速发展，建筑结构不仅要满足稳定性的要求，更要考虑其经济实用性和艺术设计性，逐渐上升为适用、坚固、经济与美观并存。而这坚固与美观则绝大程度上取决于建筑的骨架——结构型式。

我国高层建筑建筑解雇的发展特点

（1）结构体系新型化

一般高层建筑常用的结构体系为：框架结构、剪力墙结构、框剪结构。近年来，随着高层建筑层数增多，高度增高以及建筑抗震设防烈度提高，加上平面布置和空间体型日趋复杂，常用的三大结构体系难以满足结构设计要求，以空间整体受力为特征的筒体结构体系得到广泛应用，在建和已成建的高层建筑中，采用筒体结构的超过60%。其它一些更新颖的结构型式已得到应用并取得较好的经济效益。

（2）材料新型化

近年来随着新材料新技术的开发研究，高层建筑结构中高强度砼的应用相当普遍，钢骨砼和钢管砼也在逐步应用以及大面积玻璃幕墙的应用。在上海新建的高层建筑中，70%采用玻璃幕墙，用玻璃幕墙是一种外装修常用的手段。

高层建筑结构选型的影响因素分析

高层建筑在结构计算与分析、抗风抗震设计以及防火要求等方面有更高的行业标准要求。需要考虑的建筑物本身的结构因素和外界因素相应的也比较多。

（1）水平力

由于房屋自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度呈线性正比关系；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中引起的轴力，是与房屋高度的平方成正比；另外对一定高度房屋来讲，竖向荷载基本上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

（2）侧移

结构侧移是高层建筑结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

（3）抗风荷载

高层建筑受水平力影响较大，其中风荷载起很大影响作用，建筑须要有稳定抗拉和回复的能力。天津津塔采用“钢管混凝土柱+核心钢板剪力墙+外伸臂”结构体系。薄钢板剪力墙结构作为一种新的结构体系，具有较强的弹性初始刚度、大变形能力和良好塑性性能、稳定的滞回特性等优点，也是对于抗风荷载的一种较好的结构设计方案。

高层建筑结构选型分类与结构体系分析

1、结构选型分类

（1）竖向承重结构选型分析

竖向承重结构的选型在对竖向承重结构进行选型时，首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的，因而它们适应的高度也不同。一般说来,框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况；框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；层数很多或设防烈度较高时，可用筒体结构。当建筑物的高度超出表中数值时，要进行专门的研究,采取有效的措施。选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。

（2）水平承重结构的选型分析

水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常分为：平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖等。平板体系：平板体系采用单向板或双向板，常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整，可以不加吊顶，结构高度低，可以降低层高。无梁楼盖：在层高受限制情况下，公用建筑常采用无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽，以加强板柱连接的可靠性。密肋楼盖：密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时，框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足：房屋高度超过50m时，框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。

2、结构体系分析

（1）钢筋混凝土结构体系

钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两种材料的受力性能特点，其广泛应用于工程结构中，它具有便于就地取材，造价较低，耐久性和耐火性较好，维护费用低，可模性好，结构造型灵活，整体性能好等优点。由于这些优点使得钢筋混凝土结构成为我国传统的结构形式。但同时钢筋混凝土结构也具有自重大，构件截面大，抗裂性能差，延性较差，浇筑混凝土时需要模板和支撑,户外施工受到季节条件的影响, 修复和补强比较困难等缺点而限制了它的进一步推广应用。钢筋混凝土结构的结构体系型式主要有框架、剪力墙、筒体、框架- 剪力墙以及框架- 筒体等,其中筒体又可分为框筒、单筒、多筒和束筒等。

（2）钢结构体系

钢结构具有构件截面小、自重轻、抗震性能好、工厂化程度高、建设周期短等优点。钢结构的缺点是结构材料较昂贵,造价较高,钢材易于锈蚀,防火性能较差,设计施工技术也较复杂。由于以上特点,钢结构在我国高层建筑中的应用还并不普遍,直到80年代中期我国才在深圳建起了我国第一幢高层钢结构建筑“深圳发展中心大厦”, 但到目前为止我国已建和在建的高层钢结构已达到26 幢之多,取得了较好的综合经济效益。钢结构的结构体系型式主要有框架、框架- 支撑、筒体、巨型框架、巨型桁架以及悬挂体系等。

（3）钢－混凝土混合结构体系

钢－混凝土混合结构将钢构件和钢筋混凝土构件两者并用,互相取长补短,充分利用钢构件具有的材料强度高、截面尺寸小、能提供较大跨度空间的优点, 同时利用钢筋混凝土墙体或钢筋混凝土筒体具有的较大的抗推刚度和较高的抗剪承载力。钢- 混凝土混合结构的结构体系型式主要有钢框架- 混凝土墙、钢框架- 混凝土核心筒、钢框架- 混凝土框筒、钢框筒-混凝土墙以及钢框筒- 混凝土核心筒等。部分得以应用,能在不显著提高造价的情况下增强结构的抗震性能,减小构件截面,并能加快施工速度。

参考文献

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