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

顾海鸣

南通中房建筑设计研究院有限公司启东分公司   江苏启东  226200

摘要：随着社会的不断进步，资源也在不断地减少。当前土地资源是人类赖以生存的资源之一，随着城市的发展，城市不断扩张，人们居住的土地资源面临着严重不足。我国人口众多，解决城市化和居住资源短缺的一个有效途径就是修建高层建筑，节约资源的同时，能保证城市的扩大和规模。高层建筑结构的设计关系到城市发展的质量和安全，因此需要进行科学合理的结构选型及技术提升，才能保证高层建筑整体的耐久性和稳定性，为今后城市发展奠定基础。本文将从当前城市建筑技术发展的角度入手，探索高层建筑结构设计及结构选型的方法，为今后高层建筑施工提供参考和借鉴。

关键词：高层建筑；结构设计；选型；探讨

引言：

城市规模的扩张，让城市有限的资源紧张。特别是土地资源，随着城市的扩建，越来越成为稀缺资源。土地资源不可再生性，也决定着要想解决城市扩张带来的土地资源紧张问题，就要技术上进行解决。高层建筑就是一种有效的解决途径。相比底层的建筑，高层建筑受到的负荷更大，荷载形式更多。如果不能够精确地进行结构选型和结构设计，很有可能造成最终的高层建筑失稳，不仅影响建筑的使用功能和耐久性，还有可能因结构失稳造成安全事故，这与我们当前的发展理念是严重不符的。在当前技术的加持下，结合当前城市化的背景，探索高层建筑结构设计及结构选型有着十分积极的意义。

一、高层建筑结构设计及结构选型探讨的重要意义

新的发展形势下，城市建设对于我国未来发展具有重要意义，高层建筑是目前大型城市发展建设中主要的建筑形式。其占地面积少，节约土地资源，耐久性和适应性都较强，是当前城市建设中不可或缺的一种建筑形式[1]。而高层建筑的结构设计和选型，对于保证高层建筑的质量至关重要，其具体的意义体现在以下几个方面：

（一）提升城市发展质量

高层建筑的质量就是城市发展的质量的重要组成。城市发展质量关系城市居民的健康和生活，因此，在高层建筑建设阶段，做好结构的设计和结构选型，能够有效地保证高层建筑最终的质量和安全，提升城市居民居住的安全性和舒适性，进而对于提升整个城市发展质量有着十分积极的意义。

（二）保证高层建筑的安全性

建筑安全是本质安全的体现。当前我国各个领域都提倡本质安全的理念，任何的发展都不能以牺牲安全作为代价。高层建筑相比低层建筑，其在规模上更大，承担的荷载更重，承受的荷载的形式更多，其结构设计考虑的因素更多，设计更加复杂。因此，注重高层建筑的结构设计和选型设计，将有助于提升高层建筑的安全性，防止出现后续垮塌的事故出现。

（三）提升高层建筑的稳定性和耐久性

高层建筑除了考虑整体的建筑安全，还要考虑到其功能性和舒适性。而稳定性和耐久性是保证其功能实现的前提。一栋建筑，使用年限需要在七十年甚至上百年，因此，其结构的强度将能够有效保障高层建筑的耐久性和稳定性，为城市发展提供保障。

二、高层及建筑结构设计的遵循准则

高层建筑的结构设计，经过多年的发展，已经形成了基本的准则和规律。特别对于一些外形规则，施工技术比较成熟的高层建筑，遵循以下的准则，就能保证高层建筑结构设计的稳定性，从而保证高层建筑的整体的质量[2]。具体准则如下：

（一）计算机技术绘制结构图

  针对建筑受力计算的研究已经相对成熟，国内外对此的研究理论也已经在实践中得到了充分的应用。当前的高层建筑最经常使用的建筑结构就是框架结构，这样的结构安全稳定，并且其受力能够得到精确的计算。计算机技术的有效运用，能够更加快速准确地绘制结构图，计算各个受力点上的应力，最终确定选择材料的强度，为后续施工提供基础数据的保障。

    （二）合理布置高层建筑基础结构

“九层之台，起于垒土”可见基层对于建筑的重要性。在高层建筑建设的过程中，基础结构的稳定性将直接决定整个高层建筑的稳定性。在高层建筑进行设计的时候，最重要的环节就是对于基础结构的选择。充分进行高层建筑工程的地理勘探，进行充分前期论证，从而进行更为精确的基础结构设计，考虑到各种情况，进而保证基础的应力值能够满足所建工程的要求，保证整个高层建筑的安全和稳定。

（三）综合各种情况选择合理的结构方案

建筑结构影响高层建筑的质量，虽然安全系数冗余大的设计方案能够保证高层建筑的质量和安全，但是，在实际高层建筑的结构设计之中，还要充分考虑到建筑的经济性，也就是最终的造价投资。结构强度冗余高的方案，往往在造价上也高，二者是正比关系。因此，在进行高层建筑结构设计过程中，要综合各方面的情况进行综合性的论证，设计不同的结构方案，最终选择最为经济合理的方案进行实施。保证高层建筑结构安全的同时，能够节约投资，保证工程的经济性。

三、高层建筑结构设计及选型的要点分析

了解高层建筑结构设计的基本原则后，就需要在具体的设计和选型中掌握其中的重点和要点，进而能够充分完善设计的内容，提升高层建筑的稳定性和耐久性，为我国的城市发展奠定良好的基础，实现更好的发展目标[3]。通过实际的经验总结和设计发展规律，高层建筑结构设计和选型的要点有以下几方面：

（一）剪力墙的结构体系

高层建筑设计中，剪力墙的结构应力设计绝对是重点也是难点。在进行结构设计的时候，一定要对剪力墙进行充分地结构分析，找到其荷载的特点和内容，进行充分科学地设计。剪力墙结构主要作用是支撑内墙和外墙。其设计的整体目的是提升高层建筑的整体抗压性。结构设计中，设计人员要根据剪力墙体系内位移和内力进行综合考虑。例如，在地震较为频发的地区，某高层建筑的剪力墙的选择可以采取特殊的开洞剪力墙结构，增加承重性，提升抗震能力的同时，促进高层建筑的整体的稳定性和安全性。

（二）框架结构体系

框架结构体系是目前高层建筑使用的最为普遍的结构设计的选型。高层建筑的整体竖直荷载，可以通过柱子直接传递到底层的岩层地基上，这样无论是多高层的建筑都能具备良好的稳定性。同时，因为墙体不受力，可以有效地节省建筑材料，大幅度地缩小高层建筑的造价，从而保证经济性的同时提升高层建筑的耐久性。在进行框架结构选型时候，一定要计算地基的承受能力。例如，在基层地基为岩石地基上，就能相应地缩小结构的承重能力系数，而对于地基地层结构不完整的情况下，就要提升结构应力计算的系数。或者进行地基的开挖处理。保证以上的几点设计要点，就能保证框架结构体系的设计稳定性和安全性。

（三）荷载的多重考虑

荷载是附加在建筑上的力，通俗点说就是所有作用在最终建筑上的各种重量和力的集合。这是结构设计中最根本考虑的问题，也是结构设计的核心所在。荷载分成很多种，有垂直荷载，水平荷载，动荷载和静荷载，永久性荷载以及非永久性荷载等。这些荷载都具有自己特殊的性质，在高层建筑结构设计和选型的过程中，就要充分考虑荷载，不仅要考虑荷载的大小，还要考虑荷载的多重性和复杂性，考虑充分，根据地区进行设计，才能最终提升高层建筑的质量。例如，在北方风大的地区，就要充分考虑风荷载的作用对于高层建筑结构的影响。

结论：综上所述，高层建筑结构设计和选型，对于高层建筑的质量有着十分重要的作用，同时也是城市建设和发展的重要保障。采用科学地方法，进行高层建筑的结构设计及选型，保证高层建筑的稳定性与安全性，是今后建筑领域发展的重要方向之一，也是我国未来城市建设和工程技术发展的重要探索内容。

参考文献：

[1]阮永川，李一川，王灿灿等. 高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[C]//《施工技术（中英文）》杂志社，亚太建设科技信息研究院有限公司.2023年全国工程建设行业施工技术交流会论文集（上册）.[出版者不详],2023:38-41.DOI:10.26914/c.cnkihy.2023.032661.

[2]武兆魁.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[J].中国新技术新产品,2023(04):134-136.DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2023.04.031.

[3]王瑞平.高层建筑结构设计及结构选型探究——以甘肃省某高层建筑工程为例[J].房地产世界,2022(18):46-48.