高层建筑结构设计及某工程结构选型问题分析

范宝明

（内蒙古城市规划市政设计研究院有限责任公司 010020）

高层建筑结构设计及某工程结构选型问题分析

范宝明

（内蒙古城市规划市政设计研究院有限责任公司 010020）

随着城市的不断发展，高层建筑也得到了快速的发展，在现代建筑中占据的比例也逐渐增大。是城市发展面貌的重要体现。而在高层建筑中最重要的组成部分就是结构选型、结构设计，不仅可以将高层建筑结构的外形特征充分的显现出来，还能够对高层建筑正常发挥个性功能提供保障，因此本文主要对高层建筑结构设计和某工程结构选型问题进行深入的研究，希望可以为高层建筑项目的发展发挥积极的促进作用。

结构选型；工程；高层建筑结构设计

前言：随着城市化的快速发展，高层建筑逐渐兴起，有效的解决了土地资源匮乏、住房需求较大等问题。但是目前在建造高层建筑的过程中，其结构类型日益复杂，功能也呈现多样性的特征，直接导致了其结构选型不当、设计不当等问题的发生，造成高层建筑的安全隐患逐渐加大，直接对人们的财产安全、生命安全等造成了严重的威胁，因此高层建筑结构设计及某工程的结构选型问题对城市的发展尤为重要，需要相关部门加大重视。

1 分析高层建筑结构设计

1.1 高层建筑结构主要类型

高层建筑主要有框架-剪力墙体系、筒体结构、剪力墙体系三种重要的结构体系。其中框架-剪力墙体系是指竖向承重结构由若干个剪力墙、框架构成的，虽然这种结构具有较多的内力和位移等计算方法种类，但是经常被使用的还是连梁连续化假定方法。在计算建筑结构位移协调条件时，设计依据应当参照剪力墙转角、框架水平位移，使用微分方程建立位移、外荷载的关系，这样对因素未知量、需求未知量就会有所不同，而其解答方式也会存在差异[1]。

筒体结构还可以具体的结构体系，如筒中筒结构体系、框架-核心筒结构体系。筒体承受水平荷载、框架承受竖向荷载是框架-核心筒的主要受力特点，同时与框架剪力墙具有相似的变性特点，但是框架-核心筒具有较大的抗侧刚度，根据计算机模型不同的处理方法来看，分析这种结构体系的方法主要有连续化方法、三维空间分析、离散化方法，其中准确性较高的是三维空间方法。

剪力墙结构体系的构成特征主要是在承受水平荷载、垂直荷载时依靠外墙和内墙作为剪力墙。剪力墙的开动情况密切关系到剪力墙的受力特性、变形状态，主要是根据不同的轧受力特性可以将单片剪力分为两个部分，即单肢墙、特殊开洞墙。剪力墙的类型不同，那么其截面应力的分布也会不同，因此在计算其内力、位移时，应当结合具体的剪力墙类型选择相应的设计方法、计算方法，在剪力墙结构计算中应用平面有限元法[2]。

1.2 高层建筑结构设计方法

首先在设计高层建筑结构时要对其水平荷载进行合理的确定，风产生的垂直荷载、水平荷载是所有的建筑都会承受的，而且所有的建筑也应当具备一定的抗震能力。在设计高层建筑结构的过程中，竖向荷载对结构设计的影响较大，但是对高层建筑结构设计的影响中占据较大比重却是水平荷载。而且在高层建筑楼层逐渐增多的趋势下，水平荷载的影响对其结构设计来说极为重要。因此在设计建筑结构时要充分考虑水平荷载的影响，对水平荷载进行合理的确定。其次对侧控进行合理的确定，高层建筑不同与低层建筑，在设计其结构的过程中，影响较大的因素就是结构的侧移。当楼层数量增加时，在水平荷载侧向变形的影响下结构侧移就会随之变大、因此在设计高层建筑结构时，其结构的强度不但要大，保证该高层建筑能够承受荷载作用带来的内力，还需要高层建筑的抗侧刚度够大，对于水平荷载作用产生的侧移情况可以某一限度内进行有效的内部控制。最后设计高层建筑的重要技术指标应当设定为结构延性，将高层建筑和低层建筑进行对比可以了解到，从柔和度的角度来看，高层建筑相对较好一些，当发生地震时，高层建筑的变形情况就会增大，为了使其朝向塑形变形阶段发展，使其变形能力增大，从而避免垮塌事故的发生，因此在设计时设计人员可以充分利用高层建筑的这一特点，使其具有足够的延性，从而增强其抗震能力，提高高层建筑的质量[3]。

2 分析某工程结构选型

例如在某工程中，该高层建筑具有8度抗震设防烈度，0.20g基本地震加速度值，且该高层共有25层楼，分为三个建筑抗震组。综合类办公使其主要的建筑功能。层高主要设计为3.9米和4.5米，其主体结构高度为95.5米。

2.1 结构选型布置

针对该高层建筑的主要功能来看，其结构选型布置应当设计为具有一级抗震强度的剪力墙、一级抗震强度框架的框架-核心筒结构体系，在对结构平面进行布置的时候要充分考虑其结构体系是否有利于抵抗水平荷载、竖向荷载。核心筒位置主要布置剪力墙，主要是基于其具有明确的受力、直接传力的特征，同时要对称均匀的布置墙体，对扭转的影响问题也要考虑周全，在建筑功能不受影响的基础上，将双向抗侧力剪力墙合理的布置在建筑平面的四角，降低扭转对建筑的影响。布置建筑平面的规则相对比较简单，将地震的影响合理的降低下来、对称布置建筑平面刚度、在核心筒内部布置电梯井筒体，从而布置出对称的框架即可[4]。

在布置高层建筑的结构构件时，应当尽量保证建筑梁重心、建筑的柱中心进行重合，从而实现直接传力的效果。若是不能够重合梁、柱的中心线时，就需要对梁柱节点核心区的构造、受力是否受到偏心的不利影响。当产生的偏心距比该构件方向的柱宽四分之一还要大时，就需要采取相应的解决措施，使其受到的不利影响能够被降低，如增设梁的水平加腋措施[5]。

在建筑的抗震中其抗侧力性表现的较为理想的就是剪力墙结构，但是对剪力墙的设计也需要保证科学性，需要遵循的原则有：双向布置的原则。其中双向布置是指其他方向布置、沿两轴方向布置，同时保证双向不值得两个建筑方向具有一致的侧向刚度；自下而上连续布置；避免设置相差悬殊的墙肢宽度等原则。

2.2 分析结构选型的合理性

利用有限元分析的方法对该工程高层建筑结构选型的合理性进行分析，在使用SATWE计算其结构变形、内力之后，根据计算的数据结果可以了解到：从计算结构变形数据、结构承载力的情况来看，该结构选型符合建筑要求，同时超筋超限的问题也没有；从位移的情况来看，结构楼层的各个位移值都不大于1.2，该结构符合扭转规则；结构扭转振型周期也不大于0.9，与规范的要求相符。因此该工程的结构选型还是比较合理的[6]。

总结：综上所述，通过对高层建筑结构设计和某工程结构选型的研究，从中可以了解到在高层建筑中应当合理的设计其结构，保证其具有较高的抗震能力、抗侧压能力等，在工程结构选型中也要结合建筑的功能和建筑的实际情况等选择恰当的结构类型，从而满足工程建筑的实际需求。

[1]张斌. 超高层综合性办公建筑标准层平面设计研究[D].华南理工大学,2012.

[2]张博. 高层建筑梁式转换层结构设计原理及其应用[D].湖南大学,2011.

[3]屈国红. 小高层建筑不同结构体系对比研究[D].太原理工大学,2014.

[4]李阳. 基于施工过程的在建高层建筑防灾减灾研究[D].长安大学,2012.

[5]王月红,关杰. 高层建筑工程结构设计综合分析[J]. 山西建筑,2012,32:52-53.

[6]白朝陆. 我国高层建筑结构工程选型及如何布置问题的探讨[J]. 城市地理,2014,20:42.

TU7

B

1007-6344（2016）03-0110-01

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