试析高层建筑结构设计及结构选型

周德孙

桂林市建筑设计研究院 广西桂林 541002

在我国城市化进程不断推进的背景下，高层建筑具有占地面积小、空间利用充分、降低拆卸费用和施工费用等优势，在各大城市得到了大力推广和应用。但和多层建筑相比，高层建筑结构更加复杂，设计难度更大，需要综合考虑多方面内容，才能保证设计质量。只有在设计阶段就做好结构设计和选型设计，才能为后期施工建设提供必要的参考和指导，避免发生无故浪费和不合理的损失。基于此，开展高层建筑结构设计及结构选型的分析研究就显得尤为必要。

1 高层建筑结构特点

1.1 受到水平荷载的影响比较大

多层建筑的材料用量、工程造价、结构设计方案等都由竖向荷载决定，而高层建筑则不同，高层建筑具有很高的高宽比，水平荷载形成的侧移、内力也都比较大，是确定结构设计方案、材料用量、工程造价的主要因素。高层建筑的高度越大，则侧移量、内力也就越大。

1.2 结构整体性要求高

高层建筑结构整体性比较高是有各层楼板共同作用的结果，楼板的特性决定了在自身平面内刚度非常大，变形系数比较小。因此，对高层建筑结构而言，楼板通常情况下在平面内只有刚体位移，并不会改变具体形状，在结构设计中可直接忽略楼板平面之外的刚度。这也是高层建筑每个楼层的抗侧力都会受到楼板刚体位移制约的主要原因。

1.3 构件多种变形影响大

在多层建筑结构设计中只需考虑构件的弯曲变形即可，无需考虑各构件的轴向变形和剪切变形发生。但对高层建筑结构而言，层数比较多，高度达，具有很大的轴力，高度越大轴轴向变形就越明显。中部构件和边部、角部构件的轴向变形差距非常明显，对高层建筑结构内力均匀分配造成的影响也比较大，在具体设计中必须综合考虑轴向变形的影响情况。

2 高层建筑结构设计要点

2.1 剪力墙结构设计

高层建筑结构种类繁多，其中框架式剪力墙结构是最常用的一种结构形式，设计方法也比较多，在科学技术飞速发展的背景下，衍生出了很多新型计算方法。其中应用最广泛，深受高层建筑结构设计单位青睐的设计计算方法要数连续假定法，比如：在进行位移协调设计中，需要明确剪力墙结构的实际水平位移和转角情况，以便进行有效设计。其求解方法就是高层建筑结构位移和结构负载之间的关系方程，但在具体设计中，其影响因素和内在需求等指标有一定差距，需要结合实际情况开展有针对性设计分析，以保证高层建筑剪力墙结构设计质量。

2.2 剪力墙体系设计

对高层建筑的剪力墙而言，需要按照剪力墙的受力情况和变形情况，在剪力墙合适的位置设计开洞数量、开洞规格、开洞尺寸等。此外，剪力墙的单片受力特性存在明显差异，按照差异的不同，分为短肢剪力墙结构和特殊开洞剪力墙结构两种。剪力墙结构不同，其截面所具有的应力、负荷也不相同[1]。因此，在进行剪力墙内应力和位移设计中，需要采取不同的计算方法和设计方法。通常情况下，只需采用平面限单元法就能满足高层建筑结构设计要求，并且此种设计方法的准确性比较高，可满足多种类型剪力墙体系设计的要求。

2.3 筒体结构设计

筒体结构也是高层建筑常用的结构形式之一，在具体设计中，筒体结构计算模型的处理方法不同，筒体结构设计方法也不相同，常用的设计方法有：连续分析法、分散分析法、三维空间分析法，三者相比三维空间分析法具有更高的设计准确性，而设计过程直观、清晰可见，能够实现可视化设计，是目前高层建筑筒体结构设计中比较常用的方法。

2.4 结构的抗震设计

抗震设计是任何高层建筑结构设计的重中之重，我国很多地区都处于地震多发带，而且高层建筑高度大，在地震状态下，对高层建筑结构造成的影响好为破坏也非常严重。为提升高层建筑结构的抗震性，满足功能使用要求，就必须对高层建筑的弹性、塑性、变形能力等进行全面系统的分析研究[2]。全面我国抗震性的各项指标和规范，都是立足我国地质条件和地震多发带设计而来的，基本上能够满足高层建筑结构设计对内应力和位移条件的需求，在设计中必须严格按照当地地震规范的要求合理设计，以提升高层建筑结构设计的抗震性和安全性。

3 高层建筑结构选型设计要点

3.1 竖向承重结构选型

在进行高层建筑竖向承重结构选型中，需要先考虑高层建筑的实际高度和使用用途，不同结构体系有其独特的强度和刚度，适用的高度也不相同。通常情况下，框架结构体系适用于高度低、层数少、地震设防烈度低的高层建筑竖向承重结构设计中。框架剪力墙结构和剪力墙结构则可以适用于大多数高层建筑高度的要求。层数比较多，且对地震设防烈度高的高层建筑可选择筒体竖向承重结构。

3.2 水平承重结构选择

在高层建筑结构设计中，水平承重结构体系包括：平板式结构体系、无梁楼盖结构体系、密肋楼盖结构体系、肋形楼盖结构体系。其中平板体系应用最多，经常应用在剪力墙结构和筒体结构体系中，其最大的优点是板底平整度比较，可不增加吊顶，设计出来的高层建筑结构高度比较低，可适当降低层高[3]。但如果跨度比较大时，仅凭平板结构无法满足要求，通常情况下，非预应力平板不应超过6m，预应力平台则不应超过9m，如果厚度过大，会增加楼面重量，不利于高层建筑稳定性的提升。

4 结语

综上所述，本文结合理论实践，分析了高层建筑结构设计及结构选型，分析结果表明，和传统多层建筑相比，高层建筑能够有效缓减城市住房压力，节约城市空间和土地。但同时也带来了严重的安全隐患，结构设计和结构选型对高层建筑有很大影响，直接关系到高层建筑结构的安全性和经济性，因此，在具体设计中需要结合实际情况，选择合理的结构体系和类型，以满足高层建筑结构对稳定性、安全性、抗震性要求。