关于高层建筑结构选型设计的初步探讨

摘 要：工程建设单位在展开建设高层建筑的工作前，需结合各种工程建设条件，来选择结构的类型，而后才能对结构设计的相关工作进行安排。高层建筑的结构本身就比较复杂，在上下楼层空间不同的条件下，设计者还需增设转换层。因此可知选型工作对于保持结构稳定性的重要意义。现结合结构设计条件，探讨选型设计的相关工作建议。

关键词：高层建筑；结构选型；设计方法

高层建筑需要有稳定的结构系统与合理的空间排布，设计者需结合设计要求来安排结构设计工作。在结构设计初期，需要预先展开结构选型工作，选型时，需考虑到抗震性能、经济性与结构的适用性，还需通过模拟技术，来设计的建筑结构进行模拟，确定结构建设工作是否可行，总之结构选型工作必须被建筑设计者重视，现针对结构选型工作的问题，分析结构选型阶段的设计方法。

1 影响结构选型工作的主要因素

设计建筑时，既要将其当做一个独立的设计对象，同时还要把握周边环境给建筑带去的影响，建筑本身可以被分割为独立的个体，进行设计工作时，需要克服统计性问题，把握建建筑设计元素之间的内在联系，通过具有一定层次性的方法来设计建筑的结构系统，克服结构选型过程中的各种施工問题。掌握影响选型工作的因素之后，选型工作可随之变得更加科学。

首先建筑所处的环境条件会影响选型活动，如基本风压、场地条件以及设防烈度；建筑建设方案也会给选型活动带去影响，如建设方要求的长宽比、高宽比以及高度数值直接决定着建筑的体型设计活动，设计建筑时应当考虑到立体体型与平面体型，设计平面体型时，必须考虑到刚度偏心、平面质量、对称性以及规则性。对立体体型进行调整时，则需要考虑到层间刚度、收进体型以及高宽比等参数。

建筑具体的使用功能也会给结构选型带去影响，当前城市中的建筑包括办公楼、居民住宅以及综合功能的建筑，参考建筑的功能来选择建筑结构的类型。如果设计的是居住型住宅，应当增加分隔墙体，设置多个空间，各个楼层的结构系统也应当保持一致，在设计具有这种空间特点的建筑时，可给其使用框架剪力墙式的建筑结构。结构选型工作还会受到施工建设工期的影响，建设高层建筑时需投入过多的资金，工期控制要求也比较严格，为了尽早结束工期，设计者可考虑在技术条件允许的范围内简化建筑的结构。除此之外，施工建设水平与建材供应情况也会带来影响。

2 结构设计工作的主要特点

在进行低层和多层房屋结构时，一般控制着结构设计的是竖向荷载，主要是重力。但是在高层建筑结构设计中，虽然竖向荷载对结构设计具有很大影响影响，但起决定性作用却是水平荷载。主要原因是建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值仅与建筑高度的一次方成正比；而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，是与建筑高度的两次方成正比。

采用框架体系和框架--剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力通常比边柱的轴压应力要打，中柱的轴向压缩变形要比边柱的轴向压缩变形大。假如房屋很高，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。有抗震设防的高层建筑结构设计，不仅要对正常使用时的风荷载、竖向荷载加以考虑，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。

充分考虑地基承载力或桩基承载力，假设在同样地基或桩基的条件下，减低房屋自重实际上是指在保持原有基础造价以及处理措施的基础上，能够多建层数，在软弱土施工的工程项目经济效益尤为明显。地震效应随建筑的重量增大而增大，所以降低房屋自重可以有效提高结构抗震能力。

3 设计建议

在结构选型阶段，必须做好相关的计算工作，根据技术参数来对结构构建的安装位置进行调整，保持建筑结构的耐久性与安全性，使结构可在更长的时间范围内支撑建筑，结构选项还要参考建筑的抗震设计要求，综合多个方面的影响，选出最适合的建筑结构类型。

在非地震区的高层建筑，水平荷载以风荷载为主。所以非地震区高层建筑选型宜选用有利于抗风作用的建筑体型，也就是宜选用风压体型系数较小的建筑体型，比如圆形、椭圆形等。流线型的建筑体型以及由下往上逐渐变小的截锥形体型的体型系数相对较小，有利于抗风。在进行结构平面布置时，宜使用结构平面形状和刚度分布尽量均匀对称，以减轻风荷载作用下扭转效应对结构内力和变形的影响，并应限制结构高宽比，防止倾覆和失稳。地震区高层建筑的体系选型，实际上属于抗震概念设计范畴，它是在总结震害规律及工程经验的基础上，以宏观概念为指导，正确地解决高层建筑的总体方案，选择合理的结构体系，以达到合理抗震。通常应选择对抗震有利的地段，选用整体性较好的基础，立体结构应具有合理的地震作用传递途径，拥有多道抗震防线，具有必要的刚度和强度，具有合理的刚度和强度分布，避免竖面侧移刚度的突变。另外亦宜选择风压体型系数较小的形状并限制高宽比。

对于低层、多层或高层建筑，其竖向和水平结构体系设计的基本原理是相同的。但随着高度的增加，由于以下两个原因，竖向结构体系成为设计的控制因素：较大的竖向荷载要求有较大的柱、墙和井筒；更重要的是，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多，必须精心设计。高层建筑的竖向结构体系从上到下一层一层地传递累积的重力荷载，因此要求较大的柱或墙截面来承受这些荷载。同时，这些竖向结构体系还必须把风荷载或地震作用等侧向荷载传给基础。可是，与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性的，而是随建筑物的增高而迅速增大

4 结束语

设计者在参与新的建筑工程的结构设计工作时，必须要根据可用的空间来设计出合理的建筑结构，提升建筑建设效益。本文主要针对结构选型这一设计环节中的问题分析了相应的设计问题，设计者应当结合各种结构设计条件与主要影响因素，来给工程选择最佳的结构类型，在结构选型过程中，既要兼顾结构建设工作的可行性，还要通过和谐结构系统俩维持建筑的美感。

参考文献

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[3]郝丽娜.浅谈高层建筑结构设计中的选型设计和成本控制[J].门窗，2018（3），143-143.

作者简介：马岩波，身份证号：23010319710904391X。