关于高层建筑结构选型设计的初步探讨

(湖北金扬建设工程有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

我国高层建筑工程虽然发展迅速并取得了很好的成绩，但仍不可避免的存在一些问题和不足之处，因此加强对高层建筑结构选型设计的把控，对确高层建筑工程质量有着重要意义。

一、高层建筑结构选型的影响因素

1、环境因素。主要有基本风压、设防烈度、以及场地条件等。

2、项目方案特点。包括方案项目的建筑体型、高度、长宽比和高宽比。其中，有两种建筑体型，一种是平面体型，组成是平面对称性、平面规则性、刚度偏心、以及平面质量等;一种是立体体型，组成是层间刚度、塔楼、立面收进体型、结构高宽比等。

3、项目使用性功能。主要包括综合楼、住宅、办公楼、旅馆等。其中，为了提高高层建筑的使用功能，可与匹配多种结构型式。

4、施工工期要求。缩短高层建筑结构施工周期，可以使整个建筑提前投入使用，以便企业取得经济利益，缓解投入了巨大资金的压力，另外，也使还贷日期缩短了，有效降低了需支付的贷款利息。

二、高层建筑结构设计的特点

1、水平力是设计的关键因素。在低层和多层建筑的结构中，其整体重力，通常是由竖向结构承载。然而，就高层建筑结构设计来说，与竖向荷载对结构设计的影响相比，水平荷载起着决定性的作用，这是因为随着建筑高度的增加，水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，成两次方倍增长，而在竖向构件中，建筑自重和楼面使用荷载所引起的轴力和弯矩的数值，是一次方倍的建筑高度。

2、具有较高的抗震要求。在设计高层建筑结构时，要设防抗震功能，除了要考虑正常使用时的风荷载、竖向荷载加以，还要保证结构具有良好的抗震性能，确保小震不坏、大震不倒。

3、侧移成为控指标。与多层和低层房屋不同，在高层结构设计中，其重要的一个因素是结构侧移。水平荷载下结构的侧向变形程度，是正比于建筑高度的4次方，即 (△=qH4/8EI)。

4、要重视轴向变形。在高层建筑中，剪力墙体系是框架体系和框架经常使用的，与框架边柱的轴压应力相比，中柱的轴压应力要大很多，因此，与边柱的轴向压缩变形相比，中柱的轴向压缩变形也是要大很多，并且，轴向变形的程度会随着建筑高度的增加而增大，等同与连续梁中间支座沉陷造成的后果，即降低了连续梁中间支座处的负弯矩值，增大了端支座负弯矩值和跨中正弯矩值。

5、减少高层项目自身的重力。在地基或桩基条件相同的情况下，以及在不改变原有基础造价和处理措施下，根据桩基或地基的负荷能力，降低建筑自身的重力，增多层数，其经济效益，突出表现在软弱土施工的工程项目中。随建筑的重量越大，地震效应越明显，因此，要想提高结构的抗震能力，可采取降低建筑高度的措施。

三、高层建筑结构选型设计

1、首要环节——结构选型与结构布置。结构体系是由构件按一定的规律组成的，结构型式是非常重要的，必须要精心设计，塑造空间体形、构件形象，以及防止资源浪费的前提条件是科学的结构型式，在结构设计方案中，建筑结构选型占据着重要的位置，而建筑结构设计的重要内容即是结构型式的选择，所以，要科学的、合理的选择结构选型，并结和各种影响因素，以达到施工条件标准和建筑的要求，以及符合地区的实际情况，确保建筑工程的适用性、安全性、美观性、坚固性。

2、结构计算简图的选取与结构计算结果的验证。科学的计算模式，反映了实际结构的真实力学，对设计的经济性、计算结果的正确性，以及结构设计的合理性和可靠性，都有着重要的影响。影响计算结果正确性的因素有计算程序、计算方法、计算假定、和计算简图。结构设计的基础是结构计算，计算结果又为结构设计提供了可靠的依据。因此，要求结构设计人员必须掌握并精通结构计算，这也是需必备的一项基本专业技能。

3、运用结构设计概念，优化结构。要时刻牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则”，重视构件延性性能以及薄弱部位的强化，还要重视钢筋的锚固长度，尤其是直线段锚固长度，要对温度应力的影响充分考虑。还要注意按均匀、对称、规整原则对平面及立面的布置尽心分析，对抗震多道防线综合考虑，最大程度防止出现薄弱层。在进行结构设计时，还需重视结构设计的优化。在结构设计中，在从结构选型、布置、分析计算、截面设计到细部处理的整个设计过程中，对各方面因素综合考虑，选择科学的分析、处理方法，最大程度保证结构设计方案的经济合理性。

4、群桩挤土效应的处理。在软土层较厚或是桩长比较长的工程中，或高度大约100米的高层建筑，在基础桩基的使用过程中，会明显的产生挤土效应，其原因是桩数布置密度较高，以及柱 (墙)底力较大造成的。而市政管线、相邻桩基、周边建筑物、道路等，都会受到挤土效应的影响。为避免出现这些破坏因素，提前采取处理措施是非常重要的。

例如:某工程桩基情况为:桩数约为800根，桩心距在3.5d－4d之间、桩长约为40m。我们可以粗略估算挤土量的大小如下:每根桩桩长按照15m、桩径按照500mm计算，每根桩为FI*0.5’*15=11.775m’，800根为，420m’，地下室单层建筑面积约为6500扩，场地约提高9420/6500=1.45m。所以其影响是很大的，对这种桩数多、密度大、桩长较长的情况，我们在桩基施工前采取了一些消挤措施，并提出了相关要求:(1)采用消挤孔取土，取土深度控制在20m左右:(2)消挤孔位置布置:在桩基平面图中指定消挤孔的位置，要求取土孔位置与工程桩位置吻合，且取土与压桩一一对应进行，隔根梅花型布置:(3)在建筑周边布置两排消挤孔带，整排布置，间距800、孔径400，前后两排交错布置，消挤孔带退开建筑周边工程桩lm以外;(4)消挤孔洞口边需要采取适当的维护安全措施:(5)工程桩在施工时的顺序;先主体后裙房，由建筑中心向周边辐射状进行。其中在第 (2)点要求的取土位置与工程桩的对应是出于防止工程桩空孔位置不准而带来的桩身倾斜，断桩等不良后果，但是这种要求在具体施工时有一定的难度，考虑到工期等因素，可以在场地上间距一定距离钻孔取土，不一定要与工程桩位置对齐，但在工程桩施工时，先在未取土位置压桩，取土孔位置应该在挤土填实后再进行压桩。

结束语

高层建筑结构选型设计至关重要，因此，在高层建筑工程的后续发展中，要不断提高管理人员素质，加强管理制度，提高高层项目结构选型设计水平。

[1]陈启斌，《小议高层建筑结构设计》，今日科苑，2012

[2]倪荣荣， 《高层建筑结构设计若干问题探讨》，才智，2011