高层建筑结构设计及结构选型探讨

高层建筑结构设计及结构选型探讨

张辉 1 姚其 2

第一作者单位：重庆长厦安基建筑设计有限公司西安分公司 陕西西安 710061

第二作者单位：筑博设计股份有限公司西安分公司 陕西西安 710018

摘要：我国是一个地大物博的国家，虽然土地资源非常广阔，但由于人口数量较多，基数较大，因此当前人们的住房需求仍然比较紧张。为有效改善这一现状，我国建筑行业在不断发展与完善中逐渐开始建设高层建筑。这样不仅能够满足社会大众自身的住房需求，同时也能够有效节约我国有限的土地资源。但由于高层建筑在我国的起步相对较晚。因此在建设过程中，对于高层的结构设计与结构选型方面，仍然存在很多有待提升的问题。本文将以高层建筑作为研究主题，探讨我国高层建筑的结构设计与结构选型。

关键词：高层建筑；结构设计；结构选型；探讨

前言：高层建筑是20世纪末期逐渐发展起来的一种建筑工程类型，该种工程的建设与发展大幅度提升了我国土地资源的利用率，将我国在发展过程中出现的“住房难”这一实际困境有效缓解。但由于高层建筑的建设高度较高，且楼层较多，因此在施工环节存在很大安全隐患，并且由于工程结构非常复杂，以此造成工程所产生的建设成本也非常高。在此背景下，为有效提升高层建筑的整体经济效益与施工质量，相关设计人员应按照相关建设标准，与专业的设计技术，做好高层建筑的结构设计与结构选型。

1、高层建筑结构特点与设计分析

1.1 高层建筑结构特点

在高层建筑工程施工过程中，整个建筑结构需要同时承受来自建筑整体竖向以及水平向的载荷能力，并且还需要具有一定的抗震能力。在以往的低层建筑中，建筑所承受的载荷能力基本来自于竖向的压力，水平载荷压力相对较低，因此在建设以及日后投入使用过程中，所迫产生的内力与位移可忽略不计。但对于高层渐渐来说，由于建筑的楼层数量较多，因此建筑结构的水平载荷与竖向载荷会共同发生作用。这也是建筑结构设计及人员需要考虑的重要问题之一，在水平载荷力的作用下，需要建筑结构具有较强的抵抗侧向变形能力，如果在对建筑结构设计不合理，则会造成该方面的能力不足，严重者将会造成建筑结构在投入使用过后出现侧向变形现象，造成整个建筑结构的墙面发生裂缝、变形等严重问题，严重者会危及到整个建筑结构的安全水平。另一方面，在进行高层建筑结构设计的过程中，还需要让整个建筑结构具有较强的抗震性能。一旦地震这一自然灾害发生，则高层建筑可演唱自己的损坏或者损毁的时间，为建筑中的居民争取更多逃生时间，并其在对高层建筑进行结构设计时，还应当具备常规的功能特点，如美观性、人文性等等，进而满足社会大众对房屋建筑的个性化需求。下图为高层建筑常用结构示意图（图1）

（图1）

1.2 高层建筑结构设计分析

1.2.1 重视水平荷载

在建筑工程项目的设计与施工过程中，设计人员通常都比较重视建筑结构的竖向载荷能力，在一定程度上忽略了建筑的水平载荷能力。但在高层建筑工程结构的设计过程中，建筑自身的字啊和能力楼面所应用的载荷在竖向构件中会发挥作用。但建筑结构中的水平载荷也会给整个建筑结构施加一定压力，并且在地震灾害来临的时候，整个建筑结构的竖向载荷能力会随着结构的动力变化而变化，在此过程中，需要建筑工程的竖向与水平载荷能力共同发生作用，才能够延长建筑工程的倒塌时间。由此可见，在对高层建筑结构进行设计过程中，应当合理确定建筑结构的水平载荷。

1.2.2 合理确定侧控

结构侧移是相关设计人员在进行高层建筑结构设计时需要重点考虑的因素之一，如果高层结果出现侧移现象，则会对建筑工程结构重点了连续梁弯矩、构件剪力等因素产生非常不良的影响，并造成建筑结构中的墙体或者其他组成部分出现变形、裂缝等现象，严重降低高层建筑结构的稳定性与安全性。因此。相关设计人员在进行结构设计过程中，应确保整个建筑结构具备较高的抗侧刚度，有效规避在其建筑工程项目日后投入使用时出现侧移现象（图2）。

（如2 不同情况下高层建筑发生的侧移现象）

2 某高层建筑结构选型研究

2.1 某高层建筑工程背景

本文以某地区以高层建筑项目为例。该项目的形状为双塔形式，整个建筑由两个高层组成。其中1号建筑的层数为27层，2号建筑的层数为28层。两栋高层够共用一个地下室，地下室为2层。1号楼的功能为商业与住宅两用型，其中1-4层为商业，4层以上为住宅，2号楼为住宅楼，所有楼层均为住宅。在对这一高层建筑项目进行结构选型与设计过程中，相关工作人员需结合整个建筑项目的应用路径与建设区域的实际情况，做好相应的结构选型问题。

2.2 结构选型

2.2.1 设计方案

根据该高层建筑项目的建筑高度、应用路径的特征，并考虑该建筑日后的使用功能、抗震能力、水平荷载以及整体的工程造价等外界因素以后，相关设计人员在对所有条件进行系统的分析以后，统一认为，应对该项目用于剪力墙结构体系、框架——筒体结构体系，其具体的结构设计及选型方案如下：

剪力墙结构体系：由于本建筑工程项目的整体建设高度较高，为有效提升建筑结构的稳定性，使其能够承受来自建筑本身的竖向与水平方向的荷载，相关设计人员在1号楼的4层位置设计了一个转换层，以此有效提升该建筑项目中的剪力墙结构体系，保障建筑结构的稳定性与安全性。在对剪力墙进行设计的过程中，应注意以下几点：（1）合理开设剪力洞口，并且运用开设地洞口将一道剪力墙围几段墙断，使建筑结构中形成具有一定跨度的洞口连续梁，全面增强结构中的剪力墙与连续墙的形变能力。（2）对建筑结构的墙面进行有效控制，全面提升结构内的剪力墙底部强度，有效规避剪力墙在日后投入使用时发生突变现象。

框架——筒体结构体系：由于该高层建筑项目结构相对比较复杂，因此设计人员应将整个建筑的竖向负荷与水平负荷充分考量，并进行科学合理的设计值。在此过程中，首先设计人员需要按照平面布置规则与对称规则设计两个建筑。在矩形中设计电梯井筒体，并基于以上几种规则对高层建筑的结构框架进行合理布置。其中1号楼需采用部分框架剪力墙结构，2号楼为剪力墙结构，并对整个建筑结构中的梁柱进行抗震设计，使建筑结构中的梁和柱的中心线能够全面重合，最大限度确保结构的稳定性与安全性。

2.3 合理性分析

在设计人员在开展建筑结构选型的过程中，对以上两种结构选型方案进行系统的分析以后，最终决定1号楼的建筑结构运用框架——筒体结构体系，在1号楼的4层上设计转换层。2号楼则运用剪力墙结构。在建筑结构选型与设计环节结束以后，相关设计人员所需要对该工程项目建筑的合理性进行再次论证与分析。并在此过程中，将建筑工程所在地区的地震灾害评估结果作为基础，制定出该建筑项目工程的抗震等级。如果在此过程中发现该项目抗震能力不足，则相关设计人员应第一时间制定解决方案。

结束语：综上所述，在高层建筑的建设过程中，对建筑结构的设计与结构选型是一件非常重要的工作内容。当前我国建筑工程领域在发展过程中，对于该项工作票的专业性以及经验仍然存在很多问题，因此在未来该项工作开展中，应全面加强对这一方面的实践研究，最终有效提升高层建筑结构设计与选型的工作质量。

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作者简介：作者：张辉 性别：男 籍贯：陕西西安 民族：汉 学历：本科 专业：土木工程 毕业学校：延安大学 职称：工程师