高层建筑结构类型选择的思考

王 茜（新乡职业技术学院，河南 新乡 453000）

建设高层建筑主要目的缓和人口与土地之间存在的矛盾，在进行结构选型过程中，需保证结构与结构材料、建造标准之间相适应，并考虑整体费用。对于高层建筑来讲，所需资金比较庞大，进行结构类型选择过程中，在不对其建筑功能产生影响基础上，需尽量节约成本，体现出结构方案科学性[1]。

1 高层建筑结构类型选择概述

高层建筑设计过程中，需针对其实用性进行综合性考虑，运用平立面方式体现出建筑和周围环境之间的协调，展现出设计效果独特性。在高层结构进行选型过程中，平面形式的不规则性会增加后续设计难度[2]，需综合考虑经济因素、技术因素、施工难度、后期维护等，将长期需求和长期效益作为主要参考，避免出现设计与实际情况不符的问题，防止其产生不良反应或者是出现资源浪费。对于高层建筑结构类型来讲，不仅决定结构设计是否能够达到较好效果，也与结构美观性、实用性、经济性之间联系十分紧密[2]。结合力学概念分析可知，由于高层建筑类似于悬臂构件，因此与低层结构相比，水平荷载产生的位移影响更大，荷载和地震结构发生作用是位移出现的主要原因。在结构高度不断增高时，位移也会明显增加，进而出现使用问题与舒适性问题。因此进行结构类型选择时，不仅需使用规范结构侧移，也要保证结构抗侧力。

2 高层建筑结构体系

2.1 剪力墙承重

剪力墙为高层建筑中常用结构，可以将非承重隔墙实际数量减少，和框剪结构相比其在用钢量方面更少，并且室内和室外不存在漏梁柱[3]。一般情况下，剪力墙在结构体系方面为横纵相交形式，可以发挥承重结构作用，也能发挥分间隔断墙效果，墙体在刚度上比较大。并且，墙体呈现出横纵交错状态，和框架结构相比刚度更大，这有利于抵抗地震力荷载和风荷载。

2.2 剪力墙结构

框架在刚度、强度不能与实际需求之间相适应情况下，建筑平面位置便需运用较大剪力墙将框架替代，进而构建框架－剪力墙相关体系，遇到水平力时，剪力墙与框架可以运用连梁与楼板构成能够协同的结构体系，体系中框架需承受垂直荷载[4]。对于剪力墙来讲，需承受的水平剪力可以减少建筑物产生的水平位移。

2.3 筒形结构

对于筒性形结构体系来讲，包括筒体－框架、单筒体、多束筒、筒中筒多种形式，筒体为受力构件，划分成空腹筒以及实腹筒这两种类型。

3 高层建筑结构选型的影响因素

3.1 环境因素

在了解建筑基本情况基础上，需运用层次性、目标性、多方案进行结构选型工作，在工作开展过程中，不仅涉及设计知识、设计灵感，还关系工作经验[5]，同时也和前期采集工作之间联系紧密。进行选型时，最先应该考虑的问题为建筑物所处区域环境条件，这与建筑物结构水平承重能力和横向承重结构能力联系紧密。进行选型时，需考虑到周围建筑外形，使高层建筑在结构形式方面和周围环境、空间环境之间达到了统一。

3.2 建筑功能

对于建筑功能来讲，属于建筑设计重要组成，建筑中重点关注的便是建筑功能的体现，任何建筑结构设计都存在功能上的要求[6]。就高层建筑来讲，对于结构功能要求更为重视，在功能不同情况下，结构方面的要求也会有所不同。商场与住宅在结构方面的要求差别较大，在此过程中，需结合功能要求科学设计建筑的尺寸和规模。

3.3 经济因素

对于高层建筑来讲，规模比较大，涵盖范围比较广泛，因此，需花费较高成本。建设过程中，经济指标的实现关系建筑能否获得预期效益。选择结构类型时，需在确保其安全基础上，尽可能体现出结构布置优化，使建筑在建设中最大化实现自身效益。对于投资者来讲，效益最大化的实现是他们的追求，因此，结构类型选择中，经济指标占据重要主导地位，也关系着建筑可行性。在建筑建设中对经济指标进行综合性分析，可以进一步了解结构形式的经济性。对于高层建筑来讲，结构经济性体现主要为控制单位面积实际用钢量，并且控制混凝土用量、劳动成本、材料用量等。同时，基于节能角度和绿色建筑角度分析，重视节约资源。除此之外，工期也与建筑价值联系紧密，工期越短则价值性越明显。这主要是由于工期较短时，资金便能较快回笼，最大化实现经济效益。

3.4 施工水平

施工中新技术与新机械的运用，使高层建筑实现了大跨度结构形式，并且桩基施工、深基坑支护、混凝土浇筑等技术获得了不断改善，大模板、组合模板、滑升模板等多种工艺不断成熟，这是先进结构形式运用的基础。同时，需关注施工结构处于施工阶段与使用阶段的实际受力情况存在的差异，认识到不同阶段进行结构类型选择的差异性。

4 高层建筑结构类型选择

4.1 基于功能结构选择

结构功能在确定之后，便可以将功能要求作为依据展开结构选型。就高层建筑来讲，进行选型过程中，需综合考虑剪力墙结构、框架结构、筒中筒结构、框筒结构等多个方面，用材放方面可以使用钢筋混凝土、钢结构、组合结构多种形式，如图1。如果结构类型选择不够恰当，即使计算结构时比较精确，结构在使用时的安全性与耐久性仍然会存在问题，结构类型选择类型正确能够促进结构全寿命不断优化。高层建筑处于非地震区域时，产生的水平荷载主要为风荷载，因此，高层建筑为非地震区时，尽量保证建筑主体抗风作用较好，也可以选择风压体型系数相对较小的体型，一般情况下，建筑体型为流线型和由下向上变小的截锥体型在系数上比较小，抗风效果比较好。

图1 钢筋混凝土

4.2 基于荷载情况选择

结构进行平面布置过程中，最好保证结构平面在形状和刚度方面分布时呈现出均匀堆成状态，尽量减少风荷载发生的作用，减少效应、内力对变形产生的影响，并对结构高宽比进行控制，避免出现失稳或者是倾覆问题。对于地震区来讲，高层建筑进行结构类型选择过程中，属于抗震设计范畴，需建立在总结震害发生实际规律的基础上，也需考虑工程经验，将宏观概念作为主要指导，保证高层建筑设计中整体方案的正确性，体现出结构体系合理性。同时，应选择风压实际体型系数相对较小的形状，对高宽比进行控制，高层建筑和多层建筑、底层建筑的水平结构体系与竖向结构进行体系设计时原理基本相同。在高度逐渐增加过程中，竖向结构成为设计时的控制因素，荷载较大时需对应使用墙、柱、井筒，并且侧向力产生的剪切变形与倾覆力会较大，进行结构类型选择时，需体现出科学性。

对于高层建筑来讲，其竖向结构产生的重力荷载会呈现出传递积累状态，在此过程中，需使用墙界面或者是柱承受荷载，并且竖向结构需将地震作用或者是风荷载传递作为参考基础。和竖向荷载之间对比，侧向荷载产生的效应并不是处于线性状态，在建筑物逐渐增高过程中会有所增大，应根据荷载和恒载进行设计，让墙、柱、电梯井、楼梯等承担较多水平力，抗剪为需解决的主要问题。房子框架比较矮时，可以使用墙板填充，这种方式能够发挥附加支撑作用，不需要增加竖向荷载所需的柱与梁。

4.3 基于超高问题选择

高层建筑超高问题比较常见，出于对高层建筑应具备的抗震能力考虑，需严格要求建筑结构实际高度，进行结构类型选择时，也需基于高度问题进行分析，在此过程中，结构设计方法与措施获得了明显改进。开展设计工作过程中，常常会在结构类型出现变更时导致问题被忽视，造成施工图审查时不能通过。因此需组织专家会议针对方案展开论证，结构类型选择会对建筑工程工期、造价以及成本产生较大影响。

5 结语

总之，高层建筑中，结构类型的选择是结构设计时十分重要的环节，需要进行科学选择，提升设计水平，尽量节约资源，促进资源最大化实现。在此过程中，需不断学习先进技术，形成动态性思维，使结构类型选择可以和工程设计要求之间达成一致，加强对涉及到经济指标的考虑，也需了解当地实际施工条件以及施工水平，保证相关计划制定时的科学性与完善性。