浅析高层建筑结构选型影响因素及对策

浅析高层建筑结构选型影响因素及对策

申永亮

林州城浩建筑工程有限公司河南林州456550

摘要：当前的建筑结构选型具有较高复杂性，在这样的条件下只有对各类相关要素进行综合考虑才能够确保建筑结构选型的合理性，进而保证建筑结构可以满足使用功能、经济效益以及美观性和质量性等多方面的要求。

关键词：高层建筑；结构；选型；影响因素

引言

随着城市化的不断发展，高层建筑逐渐成为了建筑行业的主要施工项目，建筑结构选型成本高层建筑设计的重要组成部分。高层建筑的结构可供选择的类型有很多种，但对于加强高层建筑抗震能力的结构则运用的比较广泛。为了提高高层建筑的质量和抗震效果需要科学的进行结构选型，需要综合考虑建筑物的自身特征以及相关的外部因素。

1高层建筑结构体系分析

高层建筑一般是按照建筑使用功能要求、建筑高度不同以及建筑抗震防水、防火和经济、可靠、合理、安全的设计原则，主要包括框架结构体系、框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系、框-筒结构体系、束筒结构体系以及筒中筒结构体系。目前，高层建筑结构设计中主要采用钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和全钢结构。目前，钢筋混凝土结构是我国超高层建筑的主要应用材料。在进行高层建筑结构体系的选用时，首要考虑其安全及经济性，其次要依据超高层建筑的高度和施工环境来选择，同时要求超高层建筑的结构应具有较强的承压能力。

主要结构体系的特点：（1）框架结构体系，框架结构是指利用梁柱组成纵横两个方向的框架结构体系，它可以同时承受水平荷载和垂直荷载。主要的优点是建筑平面布置较为灵活，有较大的建筑空间，并且建筑立面处理比较方便，被广泛的应用于超高层建筑中。但是这种结构也有一定的缺点，就是横向刚度较小，当楼层层数较高时就容易发生侧移，易造成非结构性构件破坏而影响使用。（2）剪力墙结构体系，是指钢筋混凝土构成的承重体系，剪力墙又被称为抗风墙或抗震墙。剪刀墙结构的优点是整体结构性较好，刚度大，在水平方向的荷载作用下不宜变形，承载力也毋庸置疑，并且房间内无梁柱外露，较为美观。此结构在高层建筑中被大量运用，其缺点就是剪力墙不能被轻易的破坏或拆除，不利于形成大的空间。（3）框架-剪力墙结构，毫无疑问这种结构就是将框架结合和剪力墙结构的长处集于一体，在此情况下超高层建筑的结构不仅满足了建筑布局的灵活性，而且增强了超高层建筑的抗震能力，可以满足不同建筑功能的需求，但是剪力墙过多则会影响建筑的经济性和使用性能，过少则会增大建筑物侧墙的压力而出现变形的现象。

2高层建筑结构选型影响因素及对策

2.1拟建场地的岩土工程地质条件

在进行超高层建筑中，如果拟建筑的场地基岩埋藏极浅时，在这种情况下，可以采用天然地基作为基础支撑，这样的场地类别也多为一类和二类，在抗震设防烈度也较低的情况下，则可以优先采用钢筋混凝土结构。但对于在第四纪土层上的超高层建筑，当其抗震设防烈度需要达到七度或是八度区时，则宜采用结构自重较轻的混合结构或是钢结构，这样可以有效降低地震的作用。

2.2建筑物功能

对于建筑物的结构选型来说，建筑物的使用功能是首先需要考虑到的内容。从某种程度上来说，任何建筑都是对客观环境的要求，依照这些要求来确定建筑物的尺寸、规模以及其他相关要点。对于建筑物来说，其最大的功能和作用就是满足人们的相关需要，这使得其功能属性显得至关重要。在结构选型时应当尽量做到使选择的结构在剖面上能够与建筑物的使用空间相协调适应，尽量降低结构构件的高度，最大限度上提升空间的利用率，节省维护结构的初始投资费用。

2.3应考虑抗震性能目标

在对超高层建筑进行抗震设计时，通常情况下需要达到中震不屈服，这就需要竖向构件具有较高的承载力。同时剪力墙底部加强区也需要具有抵抗中震的弹性。在这种情况下，钢筋混凝土结构就无法满足在抗震设防烈度七度或是八度区的条件，因为在竖向构件截面计算中，需要配筋的量较大，这就会导致钢筋无处放置，而如果单纯增大构件截面也会导致结构自重加大，这样地震作用下，结构内力也会增加，同时截面配筋率也无法实现有效的控制，所以通常情况下，会考虑采用混合结构或是钢结构，这样地震作用下构件产生剪力和拉力多由型钢来承担，这对于地震作用下结构构件的内力减小具有极为重要的意义。

2.4应考虑经济上的合理性

超高层建筑工程为了实现效益的最大化，则需要控制好工程造价。针对各种结构特点，钢筋混凝土结构经济性最好，然后是混合结构，而全钢结构则造成较高。所以在超高层结构设计时，需要对造价的合理性进行有效控制，同时还要对竖向承重构件的截面积进行控制，确保建筑有效使用面积的增加。通常情况下，为了提高结构柱的承载能力，可以在超高层建筑中采用型钢混凝土柱或是钢管混凝土柱作为主要承重构件，而且还能够确保结构具有较好的延性，柱截面比相对也较小，有利于建筑有效使用面积的增加。当采用钢筋混凝土结构时，也可以在高框架柱内设置型钢来确保柱截面的减小，确保经济效益的最大化。

2.5建筑物结构的受力合理性

由于当前的建筑普遍以高层型式出现，而高层建筑在高度上具有其他建筑所不可比拟的特性。随着建筑物的高度不断上升，其重力荷载也呈直线上升的趋势，作用在竖向构件柱以及墙上的轴压力也随之增加。在这样的条件下对于基础的承载力也就提出了更高的要求。与此同时，控制建筑物的水平位移也成为了主要矛盾，这种情况主要是由两方面原因所造成的。一方面，超高层建筑的高度较高，使得风作用效应加大;而风力的加大也就使得合力作用点的位置变高，从而使其对于建筑物产生的作用效应也就变得更大。另一方面，超高层建筑的高度过高使得其自身的重心位置也相应的被升高，建筑的结构自重也相应的加大，此时在地震作用下就将导致薄弱部位加速破坏。因此，在进行建筑结构选型时应当确保结构的受力合理性。

3高建筑结构类型中的混合结构设计

3.1型钢混凝土和圆钢管混凝土柱钢骨含钢率的控制

一般设计中，混合结构构件的钢骨含钢率中都是由构造控制，目前国内相关的设计规范和技术规程的规定各不相同，但有一个共同点是框柱中钢骨的含钢率不宜小于4%。因此，在混合结构设计过程当中，设计者可根据计算结果来设计柱纵筋和箍筋，并设置大于4%的含钢率的型钢截面即可。

3.2钢筋混凝土核心筒的型钢柱的设置

在地震作用或风荷载作用下，钢筋混凝土核心筒一般要承受85%以上的水平剪力；同时筒体外墙还要承受近楼层面积一半的竖向荷载。所以，在筒体外墙内设置型钢柱既可保证筒体与型钢混凝土外框柱有相同的延性，还可以减小两者之间竖向变形差异。同时，筒体墙内设置型钢柱，可使剪力墙开裂后承载力下降幅度不大。

3.3关于结构的抗侧刚度问题

在超高层建筑结构设计中，为了确保结构抗侧刚度能够更好的满足变形的要求，则可以通过设置环状桁架或是水平伸臂桁架，这样可以有效的确保结构抗侧刚度和扭转刚度增大，确保能够更好的满足结构变形的要求。

结束语

综上所述，科学合理的结构设计可以更好的将建筑外观的美感和内部空间的良好性体现出来，所以在设计时需要将建筑表现和结构方案的统一性较好的体现出来，加强建筑师和结构工程师的有效配合，确保结构总体和结构分体之间的协调性，使结构受力更加科学、合理，从而确保整体建筑的安全性。

参考文献:

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