关于高层建筑结构选型问题研究

【摘要】土地价格和建筑成本在最近几年持续走高，以改进的方式最大可能提高通过对高层建筑的设计，那么高层建筑的结构选型非常关键，这篇文章中对高层建筑结构选型设计的有着非常重要的意义。

【关键词】高层建筑 结构选型 结构材料

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

在上个世纪七十年代，中国的高层住宅建筑，随着城市建设的发展已使土地资源的使用日益广泛，高层建筑的也越来越多的崛起，如何选择高层建筑结构类型，是人们关心的一个重要问题。不恰当的选型结构带来的危害也是巨大的，传统的选型方法在今天已经面临着巨大的挑战，已经跟不上现代的选型规律发展，因此，我们需要进一步明确选项的结构特征及其影响因素，全面认识高层建筑结构选型的需要。

高层建筑结构选型的重要性

1.高层建筑密切关系到城市的发展

由于城市化的急剧上升，城市生活、生产、土地是越来越紧张，因此减轻土地供应不足，提高土地利用率，改善城市的社会能力吸收和综合效益，缓解城市住房短缺的问题成为建设城市发展的一个方向，同时生活条件的改善，使得高层建筑的大小，高度，复杂性和施工速度逐渐加快。

2.高层建筑结构复杂性提高

随着经济国际化与城市建设现代化步伐的加快,人类财富与各类社会活动等逐渐向城市的聚集,城市人口素质与生活质量的持续提高,城市社会对高层建筑的形象、功能、技术性能等方面的要求正经历着深刻的变化。主要表现为:其一,人们对现代高层建筑全寿命使用功能的要求更加全面、综合与复杂,并要求其具有一定的复合性、动态性及适当的超时代性与开放性;其二,城市面貌、规划与周围环境等对高层建筑的美学形象特征要求更高更现代,高层建筑已被赋予了成为业主、城市和时代标志与象征的重要内容,其美学价值与广告效应也将成为城市的重要文化财富;其三,对技术性能的要求已超越了强度刚度等传统性能,向更能体现高层建筑结构系统存在的本质目的及其受荷特性的更全面、更客观、更人性化的整体组合性能要求转化,即向包括结构整体强度、刚度、动力特性、防灾减灾、能量耗散、可持续发展、经济与环境等性能在内的需求转化等。克服脱离工程实际需求,或单纯片面地以结构布置、分析计算、构件设计与构造措施来代替结构选型设计对整体性能的规划、评价与调控,或以主观经验来解决对结构系统型式的科学规划问题,或不顾整体性能,片面追求短期经济利益而忽视长期社会效益和环境效益等方面的传统结构设计习惯、思想和方法,适应前述新的需求,构建新的结构选型方法已日渐必要。

二、高层建筑结构选型的主要内容与要求

1.根据建筑物所处的场地来确定建筑物的抗震要求，明确建筑物的抗震设防分类，场地的抗震设防烈度以及场地土类别，当然，场地选择要远离土质液化以及会产生地基土不均匀沉降等灾害的地段。

2.由建筑高度和体型来合理选择结构体型，尽可能在建筑方案设计中提前介入，使建筑物的平面与立面形式简单、规则，尽量避免偏心问题的产生，尤其注意抗侧力构件刚度与质量分布在同层平面内应尽可能的对称，相邻层刚度与质量变化尽量缓和。

3.采用的结构体型要求尽可能的经济合理。

4.在实际设计过程中要考虑施工过程的简便可行。

三、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。

1.所处环境影响选型结构

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。

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。

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.工程施工技术对选型的影响

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。

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，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。

四、结语

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。广泛结合基础学科以及今年信息技术，高层建筑结构选型可以综合利用模糊推理、概率推理和证据推理，即基于信息融合技术的多源信息融合推理方法；基于事例推理(CBR)和人工神经元网络(ANN)有机结合的方法;综合考虑结构、建筑、美学和经济学等诸多依据的结构选型智能决策系统等方法。一个由方法集成、系统集成、知识集成构建的具有能动创新的智能分析、设计和决策综合系统，是未来高层建筑结构选型设计发展的趋势，保证高层建筑工厂发展的科学性和持续性。

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