试析高层建筑结构设计及结构选型

何帅

广西建筑科学研究设计院 广西南宁 530011

高层建筑和多层建筑相比，具有占地面积小，可重复利用空间，拆迁费用小，工程费用低等优势，能够很好的缓解城市住房压力，在各国各大城市中得到了良好发展。高层建筑结构设计具有很强的综合性和技术性，需要考虑很多方面，否则不但会影响造成巨大的经济浪费，也不利于保证高层建筑的安全性和抗震性。因此，在设计阶段，必须切实做好结构设计和结构选型，以保证高层建筑的稳定性和安全性。

1 工程概述

某建筑工程，共30层，建筑面积为2.67万㎡，无地下室，为多功能数字化办公楼，层高大于住宅建筑达到3.3m，结构高度为99m，，总体结构在平面上呈现对称的“井”字分布。

2 高层建筑结构设计结构设计

按照案例工程结构布置、稳定性、安全性、抗震性的要求，在结构设计中，可选择两种设计方案，一种是框筒结构体系，另一种是剪力墙结构体系。

方案一，框筒结构体系方案。此种结构设计方案在高层建筑结构平面设计时，必须充分考虑抵抗水平和竖向方向荷载的能力，结构不易太复杂，以简单明了为主，以提升抗震性，降低地震对结构体系造成的损害。方案一的具体设计形式为平面对称的设置框架，并保证梁和柱的中心线能够相互重合，此种设计方法的优势是便于力量传导，能够大幅度降低重心不稳造成的不良影响。框筒结构体系设计方案，可实现框架和筒体同时承受荷载力，其中筒体结构中剪力墙总的抗弯刚度是结构中所有剪力墙抗弯刚度的总和，这就决定了，此种设计方案整体结构呈现弯型的悬梁。

方案二，剪力墙结构体系。和框筒结构体系相比，剪力墙结构体系具有更强的抗震能力，而且剪力墙之间的距离，是按照建筑平面的总体布局结构来确定的。如果剪力墙设计距离过小，就无法充分发挥出材料的强度，会引起地震反应过大问题。而且结构自重也会明显增大。本工程为30层的多功能数字化办公楼，有较大的办公室和会议室，为保证结构的稳定性，剪力墙的间距控制在6-8m之间，此种设计方法，能够最大限度发挥出建筑墙体的承载力，而且具有良好技术效果和经济效果[1]。

通过结构案例工程的特点和用途，对两种设计方案进行对比分析，两种结构体系设计方案各有优点和特点，通过计算机软件系统三维模拟分析对比，发现方案二中剪力墙的轴压比要低于方案一的轴压比，会降低混凝土和钢筋的利用率，不但会增加建设成本，而且也会增加高层建筑的自重。通过对比分析两种设计方案。在结构受力分析，进行合理设计，两种结构体系都能满足工程要求，但从经济效果上来看，对30层高层建筑建筑而言，选择框筒结构体系最为合理。

3 高层建筑结构选型要点

高层建筑结构选型是一项非常复杂的工作，需要综合考虑很多因素，影响条件和因素也比较多。在高层建筑结构设计中，不仅要考虑工程造价和投资能力，更要考虑结构选型对建设功能的适应性，并结合工程所在区域的地形地貌，选择出更加契合当地文化和特色的高层建筑结构造型[2]。

3.1 竖向承重结构选型

在高层建筑竖向承重结构选型中，需要综合考虑高层建筑的高度、用途等，且不同的结构体系，其刚度、强度也不相同，适应的高度也不相同。比如：框架结构比较适用于高度小，层数少，地震设防烈度低的高层建筑。框架剪力墙结构和剪力墙结构能够更好的满足高度大，自重大的高层建筑工程；而筒体结构则比较适用于层数多、设防烈度高的高层建筑。

3.2 水平承重结构的选型

对高层建筑而言，水平承重结构的主要作用有两个方面，其一是提升整体稳定性，其二是传递水平力。常用的水平承重结构型式有四种，包括：平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖、肋型楼盖。其中平板体系为简单的单向板或者双向板，通常应用在剪力墙结构或者筒体结构中，具有板底平整度高，可不加吊顶，结构高度低等优势。但如果跨度比较大，则平板体现很难实现[3]。多数情况下，非预应力平板结构的长度不超过6m，预应力平板也不超过9m。

3.3 下部结构选型

下部结构是高层建筑的主要组成部分，其主要作用是将上部结构传递来的荷载，有效传递给地基。因此，下部结构选型是否科学合理，直接关系到整座高层建筑结构的安全性，而且对工程造价、工期等方面也有较大影响。常用的下部结构有以下几种：

第一种，柱下独立基础。此种下部结构比较适用于层数少，土质好的框架结构。如果地基为岩石，则可以通过锚杆，将基础锚固到岩石上，但要保证锚入岩石的长度不能小于锚杆直径的40倍。

第二种，交叉梁基础。也就是双向条形基础，适用于层数不多，土质条件一般的框架结构、框筒结构、剪力墙结构。本工程就选择了此种结构型式。

第三种，笩形基础。适用于土层为软弱土层的建筑工程结构型式设计中。

4 结语

综上所述，本文采用工程实例结合理论实践的方法，分析了高层建筑结构设计及结构选型，分析结果表明，高层建筑具有很多优势，是目前最为主流的建筑形式之一。结构设计的高层建筑设计的重点，其设计效果，直接关系到高层建筑结构的稳定性和安全性，需要结合高层建筑的特点、用途、功能等，选择合理的结构设计方案，并做好结构选型，才能满足使用的要求。