1、高层建筑结构选型设计研究【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，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。论文总结了各种高层建筑结构体系、特别是近年来出现的复杂、新颖的结构体系的受力特征，进而对高层建筑结构选型要点进行了探讨。 【关键词】高层建筑；结构选型；重要性 一、高层建筑结构选型的重要性 1.1 高层建筑结构复的杂性。随着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。也就要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为： （1）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的多样化、个性化与复杂化。为增大
2、建筑净空高度，很多高层建筑中存在的新问题与矛盾开始显现，对结构系统形式的要求提高。 （2）随着高度与规模的增大，高层建筑投资增加、工期增长，其结构系统优化的必要性以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。 （3）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。 1.2 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
3、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。 二、 高层建筑结构选型的若干思考 选型工作具有很强的综合性，包含大量确定与不确定的因素，受诸多条件和因素影响。高层结构是否合理、经济的是关键，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。除了要考虑工程造价和投资能力，还要考虑所选结构型式对建筑功能的适应性、施工条件、技术能力、施工工期、建筑材料和能源供应。建筑美学要求包括建筑群及其环境的配合，建设场地的地形地貌自然灾害等等。 2.1 从结构体系角度分析 高层建筑的
4、结构体系主要有框架结构、异型柱框架结构、框架一剪力墙结构，现分别加以分析。 2.1.1 异型柱框架结构 这种结构体系是框架结构的一个派生结构形式，它除了具有框架结构的特点外， 与墙同宽的异型柱很好地解决了建筑平面使用问题。 但因异型柱相对于框架柱来说，刚度和承载能力相差了许多且规范对其的要求也比框架结构高，故多用于多层建筑（如别墅） 。高层建筑中仅用于8 层的小高层，适用高度范围一般为 24m 以下（6 度设防） 2.1.2 框架结构 由框架梁、柱、楼板等主要构件组成其特点是柱网布置灵活， 便于获得较大的使用空间。延性较好， 填充墙可采用轻质隔墙减轻结构自重。造价低框架应当纵横双向布置，形成双
5、向抗侧力体系，但内凸的框架柱会影响使用功能， 且横向侧移刚度较小，抗震性能较差。地震中填充墙损坏严重，修复费用很高。适用高度范围一般为 60m 以下（6 度设防） 2.1.3 框架一剪力墙结构 这种结构体系的特点是利用电梯间做钢筋硅核心筒抵抗大部分水平荷载， 。框架柱主要承受竖向荷载，既具有框架结构布置灵活的特点， 满足大空间的房屋的要求， 又具有较大的刚度和较强的抗震能力。框架一剪力墙结构的主要缺点，：由于功能要求剪力墙布置位置往往受到限制， 。往往不可避免地造成刚心、质心不重合， 产生偏心扭矩， 且内凸的框架柱仍会影响使用功能“。适用高度范围一般为 130m 以下（6 度设防） 2.1.4
6、 剪力墙结构 剪力墙承受竖向荷载及水平荷载的能力都较大。其特点是整体性好、侧向刚度大、水平力作用下侧移小，便于房间内部布置。可通过在适当部位开结构洞，形成若干短肢剪力墙来调整整体刚度， 。并可采用轻质填充墙减轻结构自重及工程造价。缺点是不能提供大空间房屋结构，延性较差，造价高。适用高度范围一般为 140m 以下（6 度设防） 。 2.2 从结构部位分析 2.2.1 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
7、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。 2.2.2 水平承重结构的选型 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有以下几种，平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。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。但当跨度大时，采用平板较困难，一般非预应力平板不宜成过 6m，预应力平板不宜超过 9m，否则平板厚度过大，楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖：在层高受限
8、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。无梁楼盖的合适跨度是：普通钢筋混凝土楼面 6m 以内；预应力混凝土楼面可达 9m。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。 2.2.3 下部结构的选型 高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏，不但关系到结构的安全，而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。高层建筑基础形式通常有以下几种： （1）柱下独立基础：适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时，可采用地锚将基础锚固在岩石上，锚入长度40d。 （2）交叉梁基础：即双向为条
9、形基础。适用：层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架-剪力墙结构。 （3）片筏基础：适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时采用。当基岩埋置深度很深，水下水位又很高，但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时，选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱，应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时，还要进行抗浮验算。 （4）复合基础：适用于层数较多或土质较弱时采用。可用于填土、饱和及非饱和粘性土。CFG 桩复合地基是高粘结强度复合地基代表，目前它已大量应用于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。 三、结语 （1）高
10、层建筑结构体系直接影响抗震性能，结构选型应满足以下要求：应具有必要的承载能力！刚度和变形能力；应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载！ 风荷载和地震作用能力；应避免连续倒塌；结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布， 避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；宜具有多道抗震防线。（2）高层建筑结构选型应根据房屋高度。高宽比！抗震设防类别！抗震设防烈度。场地类别！结构材料！施工技术条件！工程造价等因素，并应满足建筑使用功能的要求， 满足建筑造型艺术的要求，适应未来发展与灵活改造的需要， 在不违反规范的前提下， 选用适宜的结构体系。 参考文献： 1袁鸿.高层建筑结构设计探究J.大众科技，2004， （08）. 2李粤献.高层建筑结构及其设计理论M.北京：科学出版社，2006.
