高层建筑结构选型的重要性及相关思考

■颜海峰 ■厦门市住宅设计院有限公司，福建 厦门 361000

1 高层建筑结构选型的重要性

1.1 高层建筑结构的复杂性

现如今，建筑的体形及其平立面的空间设置愈趋复杂、建筑难度以及成本投入日益增大。这就要求建筑物的结构性能要更加优良，同时对建筑结构系统形式适应性方面也要求的更加严格。为了适应现如今社会愈趋多元化的发展趋势，高层建筑的设计方案也向着多样化复杂化的方向不断发展。很多的高层建筑为了在最大程度上增大净空高度，致使很多建筑本身以及施工过程当中出现了很多的问题以及矛盾。因此，提高对建筑结构系统形式的要求势在必行。另一方面，随着建筑高度以及规模的不断扩大，高层建筑的工期越来越长，投入的成本也越来越高。在这个过程当中，建筑主体结构的优化必要性开始显现。

1.2 高层建筑与城市社会的发展息息相关

近年来，随着我国城市化建设进程以及人口的持续增长导致城市的人口数量上升的非常快。城市居住、办公等用地日益紧张，为了尽可能的减少城市土地的不必要浪费、更加充分的发挥出城市土地的利用率、最大程度缓解城市住房紧张等问题，高层建筑的需求增长十分迅速。而且建筑的高度、复杂性以及建设速度也都在不断的上升。

2 高层建筑结构选型引发的若干思考

高层建筑结构选型工作的综合性非常强，其中包含了大量不确定与因素，而且也会受到许多客观条件以及外在因素的影响。高层建筑结构德尔合理性以及经济性成为了选型的关键因素。随着建筑高度以及建筑功能的不断增加。在进行高层建筑结构选型的时候，在要考虑工程造价以及投资能力的基础上，还要考虑到所选结构型式是否能够适应建筑的功能，施工条件以及技术能力能否完成所选的建筑结构，能够在预定的工期内完工、建筑材料和能源是否可以供应及时等问题。

2.1 从建筑结构体系的角度进行分析

高层建筑的结构体系主要包括框架结构、异型柱框架结构、框架一剪力墙结构以及纯剪力墙结构。异型柱框架结构是框架结构的延伸机构形式，它具有框架结构的一切基本特点。除此之外，它相较于框架结构而言“升级”的一点是:和墙一样宽的异型柱可以使建筑平面得到更为充分的使用。但是，有一利即有一弊，这种异型柱相对于框架柱而言，它的刚度以及承载能力都要差很多，而且它的规范性也要求的较高。因此，这种异形柱大多用在像别墅或者是小于8层的建筑物当中。框架结构最为主要的特点就是它柱网布置的灵活性非常好。因此，它的使用空间以及延展性都非常好。也可以采用轻质的材料来建设填充墙(这样可以减轻建筑结构的自重)。但是因为这种结构的框架大多是采用纵横双向的布置手法，这致使内凸的框架形态严重影响到了建筑的使用功能。同时，因为横向侧移的关系，致使这种结构的抗震能力较差。框架一剪力墙结构的最大特点就是它是利用电梯间做钢筋硅核心筒来抵抗绝大部分的水平荷载。这样的话，框架柱的主要承载对象就剩竖向荷载。这不但能使框架结构布置灵活同时也满足了建筑刚度以及抗震能力的要求。但是正如同“人无完人”一样，它也具有一个致命缺点:因为剪力墙的布置受到限制。因此，刚心、质心不重合的情况经常发生，而且它的内凸框架也会影响到建筑物本身的使用功能。

2.2 从建筑结构部位的角度进行分析

按照建筑结构部位主要可以分为竖向承重结构的选型、水平承重结构的选型以及下部结构的选型。在对竖向承重的建筑结构进行选型的时候，最先要考虑到的一点就是建筑物的高度以及建筑物的用途(是住宅还是办公楼)。因为不同的结构体系对于建筑强度以及刚度的要求是完全不一样的。因此，它们适应的高度也是不尽不同。通常说来，框架结构一般是用于建筑高度不是很高、层数也不多、对设防烈度的要求也比较低的建筑设计当中。框架—剪力墙结构以及纯剪力墙结构则可以满足大多数建筑物对高度上的需求，而在建筑层数较多且对设防烈度要求较高的时候，则最好选用筒体结构。除此之外，在进行建筑结构选型的时候还要考虑到建筑物的用途，如果是用作住宅的话则一般采用剪力墙结构。

在对水平承重的建筑结构进行选型的时候，因为水平承重是保证建筑物整体稳定以及水平力传递的建筑基础，因此在对它进行建筑结构选型的时候一定要慎之又慎。对水平承重结构进行选型通常有:平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖以及肋形楼盖等几种类型。平板体系常被用于剪力墙结构或筒体结构当中。这种结构的主要优点就是板底非常平整，可以省去加吊顶的步骤。另外，因为这种结构的高度很低，因此在一定程度上也可以起到降低层高的作用。但是这种结构并不是适用于所有的建筑物，当跨度较大的时候，使用平板体系是非常困难的。一般的非预应力平板的厚度不会超过6cm，预应力平板的厚度也绝不能超过9cm，否则平板厚度过大会加重楼面的重量(如果采用现浇预应力无粘结平板楼面则可以在一定程度上减少平板的厚度)。

在建筑物的层高受到限制的情况下，公用建筑一般会选择无梁楼盖的结构形式。无梁楼盖这种结构最好要带有现浇柱帽，这样可以在一定程度上起到加强板柱连接可靠性的作用。选择无梁楼盖结构一定要注意建筑物的跨度，这种结构的合适跨度是:普通钢筋混凝土建造的楼面6m以内;预应力混凝土建筑的楼面则可以达到9m。与无梁楼盖不同，密肋楼盖适用于跨度较大而且梁高受到限制的建筑设计。比如筒体结构的角区楼面一般就会采用密肋楼盖。但是，如果采用装配式楼板的时候，框架－剪力墙结构设计中一定要加入混凝土现浇面层的施工步骤。楼盖类的结构一般情况下应满足:在建筑物高度超过50m时，框架—剪力墙结构、筒体结构以及复杂高层建筑结构最好选择现浇搂盖的结构;而对剪力墙结构以及框架结构而言选择现浇结构则更为适合。它作为一个承上启下的结构存在，它肩负着将建筑上部结构的承重荷载传递给地基的重要作用。除此之外，它对房屋造价以及施工工期等也会产生较大的影响。

3 总结

因为高层建筑的结构体系将会对建筑物本身的抗震能力产生直接的影响，因此在进行建筑物结构选型的时候一定要注意以下几点要求。第一，所选择的建筑结构模型一定要具备一定的承载能力、刚度以及必要的变形能力。最大程度上避免因为建筑结构局部的破坏致使整个建筑结构的坍塌。第二，建筑结构的竖向布置以及水平布置要将承载能力进行合理的分布，避免因为建筑结构局部位置的突变和扭转形成建筑的薄弱部位，这里最好要设计多道的抗震防线。

［1］安庆，陆洲导，何海.某超限高层建筑结构分析与优化某［J］.四川建筑科学研究，2004.

［2］花林林，石建光，林树枝.结构选型方法的研究现状和合理途径［A］.第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)［C］.2007.