关于高层建筑结构选型设计的初步探讨罗志权

关于高层建筑结构选型设计的初步探讨罗志权

罗志权

东莞市桃源商住建造有限公司广东东莞523000

摘要：随着我国经济建设的持续深入，用地形势也日趋紧张，促使高层建筑现已变为有效缓和城市用地紧张、住房压力大的一种建筑形式。由此可见，高层建筑势必会变为城市建设将来的发展方向。鉴于此，本文针对高层建筑，初步探讨了其结构选型设计。

关键词：结构选型；高层建筑；设计

在设计高层建筑结构的过程中，结构工程师首先就需要解决结构选型问题。对于高层建筑来说，结构选型一般需要遵守一定的基本原则，既需要考虑建筑的整体抗震性、经济性、适用性，又需要考虑施工与安装造成的影响。在设计高层建筑结构时，结构选型问题的正确处理与否，有着巨大的意义。

一、影响高层建筑结构选型的因素

1、现场的环境：包括场地环境、设防烈度、风压等。

2、方案的特征：整体包括项目方案中的体型、高宽比、长宽比、高度。其中的建筑体型有以下两种：①平面体型。由平面规则性、对称性与质量以及刚度偏心等组成；②立体体型。由高宽比、立面收进、塔楼、层间刚度等组成。

3、使用性功能：包括旅馆、住宅、办公楼、综合楼等。而为了高层建筑可以增强使用功能，可以进行多种结构的匹配。

4、施工作业的工期规定：适当减少高层建筑结构的实际施工工期，则能提前投入使用整个高层建筑，这有助于企业提高经济效益，缓和巨大资金的投入压力。此外，还缩短了还贷日期，切实将要付的贷款利息降低了。

二、设计高层建筑结构选择特点

1、设计应使用水平力作为关键因素

对于低层或多层建筑来说，竖向结构通常用于承载整个建筑物的重力。然而，对于高层建筑，与竖向荷载对建筑结构设计的影响相比，水平荷载的影响是决定性的。这是由于随着现代建筑高度的不断增高，对于结构水平荷载引发的倾覆力矩，以此而致使竖向构件的轴力，以两次方倍的速度增长。而在竖向结构中，由建筑自身的重量以及使用楼面产生的荷载，而导致的弯矩与轴力值，为建筑高度的一次方倍。

2、抗震要求较高

对于高层建筑，在设计结构时，应设置抗震效果。有必要考虑正常使用时必须承受的垂直和风荷载，并确保结构的抗震性能足以真正实现小震不动摇。大震不会倒。

3、控制侧移。不同于低层或多层建筑，设计高层结构选型时，结构侧移这个因素极其重要。结构在水平荷载的作用下，侧向变形情况，与4次方的建筑高度成正比，即qH4/8EI=△。

4、关注轴向变形。通常用于高层建筑物的剪力墙系统用作框架。与侧柱的轴向压缩应力相比，框架中的柱具有更大的轴向压应力。因此，中柱具有比侧柱的轴向压缩变形大得多的轴向压缩变形，而且随着建筑高度的不断增高，轴向变形也会逐渐增大，与由连续梁沉陷中间支座而导致的后果等同，即致使支座负弯矩值降低了，跨中正弯矩值与端支座负弯矩值增大了。

5、降低高层建筑自重。当桩基或地基大致一样、原有基础造价不改变并采用相同处理措施时，结合地基或桩基的实际负荷功能，尽量将建筑自重减轻，将层数增多。而且这种经济效益主要体现在软土弱土的工程施工中。随着建筑物自身重量的不断增加，地震效应变得越来越重要。因此，为了提高结构的抗震能力，必须积极采取有效措施尽可能地降低建筑物的高度。

三、优化设计高层建筑结构选型

1、结构布置与选型

根据一定的规则，各种组件构成结构系统，其中结构类型是必不可少的，并且应该仔细设计。塑造空间形状，构建组件图像以及避免浪费资源的基本条件是结构类型必须是科学的。在设计高层建筑结构时，结构选择的位置很重要。而且，建筑结构设计是结构类型选择的重要组成部分。因此，为了科学地合理的结构选择，并根据各种影响因素，按照施工标准和施工要求，根据区域的具体情况，同时保证建筑的坚固性、安全性、美观性、适用性。

2、合理选取结构计算简图、验证结构计算结果。通过科学的计算方法，能真正反映结构的实际力学情况。这决定着整个设计的经济性、计算的准确性、结构的可靠性与合理性。其中的计算简图、方法、假定、程序等因素，影响着计算的准确性。结构计算为结构设计的一个基础，而算出的结果又可供结构设计参考使用。所以，结构设计人员应熟练掌握专业的结构计算，并能灵活运用这项技能。

3、通过结构设计概念的体现，将结构设计优化。始终坚持“强柱强剪强压、弱梁弱弯弱拉”的基本原则，高度重视构件具有的延性性能、适当强化薄弱部位，同时还应合理控制钢筋锚固长，特别是锚固的直线段长，并充分考虑温度应力影响。此外，还应坚持规整、对称、均匀的基本原则，认真分析立面与平面的具体布置，综合考虑多道抗震防线，尽可能地避免薄弱层出现。在设计结构的过程中，还应适当优化结构设计。在设计结构时，对于整个设计过程，均应综合考虑结构的选型、计算、截面、布置乃至细部设计等方面的各种因素，通过进行科学的分析与处理，尽可能地使结构设计方案具有更高的经济性。

4、处理群桩挤土效应。如果工程具有较厚的软土层或桩长过长，或高度为100米以上的建筑，则在使用基础桩基时，会产生十分显著的挤土效应，究其原因主要是因为桩密度过高和墙（柱）底力过大而导致的。而且市政道路、相邻桩基、四周建筑、管线等，均会被挤土效应而影响。为了防止上述这些破坏因素出现，则应提前采取行之有效的措施加以处理。

比如，某一工程具体的桩基情况是：约有800根桩，桩心距为3.5d-4d、桩约长40m。这样便可大致估算出挤土量的值：按照每根桩长15m、桩径500mm进行计算，则每根桩的体积为π*0.52*15=11.775m3，则800根的体积为9420m3，而单层地下室面积约有6500m2，即约提高场地9420/6500=1.45m。因此其具有很大的影响，针对这类桩多、桩密度大、桩较长的现象，在进行桩基施工前，则应适当进行消挤处理，并给出了以下要求：①进行消挤孔取土处理，控制取土深度约为20m：②合理布置消挤孔：在具体的桩基平面图中，明确消挤孔，取土孔应和工程桩位置保持一致，而且压桩与取土应一一对应，隔根布置梅花型桩：③在高层建筑四周，进行两排消挤孔带的布置，并采用整排布置的形式，控制间距与孔径分别为800与400，且前后交错布置两排，保持消挤孔带与建筑四周工程桩距离lm以上；④针对消挤孔洞口边，适当采取安全维护；⑤在进行工程桩施工中，应按以下顺序展开：后裙房先主体，从建筑中心出发，辐射至周边。第②点要对应工程桩与取土部位，主要出于避免桩空孔不准而导致桩身发生倾斜及断桩等情况。但在实际施工中，较难达到这种要求，顾及到工期等，则可在施工现场，以一定的间距进行钻孔取土，不必非要对齐工程桩。但在进行工程桩施工中，应先将桩压在没有取土的地方，对于取土孔，应在填实挤土后，再压桩处理。

四、结语

综上所述，对于高层建筑来说，结构选型设计十分关键。所以，在高层建筑设计事业的发展中，管理人员应不断提高自身的素质，高度重视结构选型设计，建立一个完善的管理体系，以提高结构选型的实际设计水平。

参考文献：

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[2]刘功良.基于遗传神经网络对高层建筑结构选型的研究[D].东北石油大学，2012.

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[5]谢琳琳.关于高层建筑结构选型决策的研究[D].重庆大学，2001.