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摘要：随着建筑工程结构大型化复杂化和多样化的发展，高层建筑结构选型问题显得越来越重要。本文主要分析了高层建筑结构选型的影响因素、高层建筑结构体系选型与建筑施工的关系、高层建筑结构抗震体系选定的原则和高层建筑结构选型的相关问题。
关键词：高层建筑；结构；选型
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
随着近年来经济建设的迅速发展和国家整体实力的增强，建造一批更高的建筑物即将成为我国十分现实的需求，这是我国建筑业领域面临的巨大机遇和挑战。由于高层建结构设计问题自身的复杂性，选择余地的增大也意味着选择的结构体系和类型不恰当的可能性也大大增加。因而，结构选型问题在高层建筑结构设计中的重要性空前凸显。
高层建筑的结构选型就是根据框架结构体系、剪力墙体系、框架一剪力墙结构体系、筒体结构等各个结构的特点并考虑到影响结构选型的主要因素。例如：环境条件、建筑方案特征、建筑使用功能要求等因素，应用某种方法选择出既经济、又美观、施工方便的建筑结构，从而达到结构的优选。
1高层建筑结构选型的影响因素
高层建筑是一个个单体，它的可统计性差，影响因素多，影响因素之间的相互作用大，从信息角度看，它的不确定及不确知的信息多，同时其综合性也很强，表现在其结构方案不仅仅取决于力学分析，而是应该综合考虑到环境、经济、安全、适用等多种因素。这种综合决策是十分复杂的，我们只能考虑一些主要因素，而忽略次要因素的影响。同时我们还应该注意到这些因素可能具有层次性，不同因素还可能存在部分耦连性，各因素对选型的影响又具有一定的模糊性。对于千差万别的建筑方案，除了对建筑美学等的考虑外，影响高层建筑结构选型的主要因素可归纳为：
1.1环境条件。主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等。
1.2建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高宽比、长宽比以及建筑体型，其中建筑体型包括平面体型和立体体型。平面体型是由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组成，立体体型是由结构高宽比、立面收进体型、塔楼和层间刚度等组成。
1.3建筑使用功能要求。高层建筑的使用功能大体上可分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼等。某种功能的建筑可能只有某几种结构型式和它相匹配。比如高层住宅，由于其使用空间较小，分隔墙体较多，且各层的平面布置基本相同，因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构。
1.4施工工期要求。高层建筑由于投资巨大，结构施工周期的缩短，可以使整个建筑更早地投入使用，取得经营收入，同时还可以缩短贷款建设的还贷时间，从而减少还贷利息。
1.5结构抗灾水平和可维护性。在传统的结构设计中，人们往往将注意力集中于建筑结构的力学分析、结构的设计和施工，而忽视了设计阶段前的许多更为重要的问题。根据高层建筑结构的受力特点，对高层建筑结构在概念阶段的设计显得尤为重要，该阶段设计的优缺点直接影响建筑工程整体的经济性。
2高层建筑结构体系选型与建筑施工的关系
高层建筑施工工艺的不同，不仅会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标，而且也会影响到建筑结构的受力状态，抗震性能等。所以在高层建筑结构体系选型时就要对施工工艺连同其它因素加以权衡，综合考虑。现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要包括材料、模板及施工三部分。据统计，在造价中模板的费用是最主要、最易变化的部分，它可占总造价的33%-55%，模板体系选择是否合理，不仅影响主体结构造价，而且与施工速度及劳动力消耗有着密切关系。
3建筑物的功能对结构选型的影响
建筑物的功能要求是建筑设计中应考虑的首要因素。任何建筑都具有对客观空间环境的要求，根据这些要求可大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。在结构选型时应使所选择的结构形式剖面与建筑物使用空间相适应，尽可能降低结构构件的高度，才能提高空间的使用效率、节省维护结构的初始投资费用、减少照明采暖空调负荷、节省维护费用从而降低建筑物全寿命期费用。其次通过对结构体系裸露和艺术加工，将结构形式与建筑的空间艺术形象融合为一体来表现建筑美。建筑界公认的典型例子意大利佛罗伦萨运动场的大看台，是一个钢筋混凝土梁板式结构，雨蓬的挑梁伸出17 m。它的彎矩图是二次抛物线，建筑师把挑梁的外形与其弯矩图统一起来，同时利用混凝土的可塑性，对挑梁的外轮廓进行艺术处理。在挑梁支座附近挖了一个带有椭圆弧线的三角形孔。既减轻了结构自重，又获得良好的艺术效果。直接将结构的自然形体进行恰如其分的艺术加工而又不做任何多余的装饰，使结构形式与建筑空间艺术形象高度地融合起来。
4建筑结构材料对结构选型的影响
随着科学技术的发展，新的结构材料的诞生带来新的结构型式并从而促进建筑型式的巨大变革，不可避免地给建筑结构选型带来巨大的影响。例如：目前随着钢铁材料的发展，钢结构材料与钢筋混凝土相比，具有显著的轻质高强特点，其强度重量比指数是钢筋混凝土的5倍以上。
统计分析表明。高层钢结构的自重(包括钢结构骨架与混凝土楼板)约为6 kN/m~8 kN/m，仅为钢筋混凝土高层结构自重12 kN/m~14 kN/ms的一半及60%左右。总的来说，高层建筑如果自重偏大会给设计、施工、材料运输、结构抗震性能及结构技术经济指标带来较多不利影响。因此，选用能减轻建筑自重的结构材料是很必要的。相对高层建筑而言，自重的减轻还可以显著减小基础的负荷和地震作用。从而降低基础及结构工程的造价。
总之，综合考虑建筑结构材料对结构选型的影响。在选型时应该注意：(1)合理选用建筑结构材料；(2)选择能充分发挥材料性能的结构型式。
5 高层建筑结构选型的相关问题
5.1 竖向承重结构的选型
在对竖向承重结构进行选型时，首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的，因而它们适应的高度也不同。一般说来，框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况；框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；层数很多或设防烈度较高时，可用筒体结构。
选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类：住宅公寓、旅馆酒店以及大型公共建筑(办公、商业、科研、教学、医院等)。住宅建筑一般采用剪力墙结构。
5.2 水平承重结构的选型
水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常有以下几种，平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系：平板体系采用单向板或双向板，常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整，可以不加吊顶，结构高度低，可以降低层高。但当跨度大时，采用平板较困难，一般非预应力平板不宜成过6m，预应力平板不宜超过9m，否则平板厚度过大，楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖：在层高受限制情况下，公用建筑常采用无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽，以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度是：普通钢筋混凝土楼面6m以内；预应力混凝土楼面可达9m。密肋楼盖：密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时，框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足：房屋高度超过50m时，框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构；剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构；6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖；框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇楼盖，混凝土强度等级不宜低于C20，也不宜高于 C40。
5.3 下部结构的选型
高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏，不但关系到结构的安全，而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。
高层建筑基础形式通常有以下几种：
(1)柱下独立基础：适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时，可采用地锚将基础锚固在岩石上，锚入长度≥40d。
(2)交叉梁基础：即双向为条形基础。适用：层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架－剪力墙结构。
(3)片筏基础：适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时用。当基岩埋置深度很深，水下水位又很高，但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时，选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱，应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时，还要进行抗浮验算。
(4)复合基础：适用于层数较多或土质较弱时采用。CFG桩复合地基是高粘结强度复合地基代表，目前它已大量应用于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。可用于填土、饱和土及非饱和土粘性土
6结语
随着建筑工程技术在我国的进一步发展，高层建筑结构智能选型系统将得到更为广泛的使用，对于结构选型的运用也将在更多的新型结构方案中拓展开。结构选智能系统必将随之扩充发展，如何扩充其因素和方案将成为进一步研究的方向。
参考文献
[1]陈章洪.建筑结构选型手册[S].北京：中国建筑巨业出版社，2000.
[2]李国强，张洁.上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土结构的综合经济比较分析[J].建筑结构学报，2000(4)：75-79.
[3]刘西拉，李楚舒.基于神经网络的高层建筑结构体系选择[J].建筑结构学报，1999(10)：36-41.
关键词：高层建筑；结构；选型
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
随着近年来经济建设的迅速发展和国家整体实力的增强，建造一批更高的建筑物即将成为我国十分现实的需求，这是我国建筑业领域面临的巨大机遇和挑战。由于高层建结构设计问题自身的复杂性，选择余地的增大也意味着选择的结构体系和类型不恰当的可能性也大大增加。因而，结构选型问题在高层建筑结构设计中的重要性空前凸显。
高层建筑的结构选型就是根据框架结构体系、剪力墙体系、框架一剪力墙结构体系、筒体结构等各个结构的特点并考虑到影响结构选型的主要因素。例如：环境条件、建筑方案特征、建筑使用功能要求等因素，应用某种方法选择出既经济、又美观、施工方便的建筑结构，从而达到结构的优选。
1高层建筑结构选型的影响因素
高层建筑是一个个单体，它的可统计性差，影响因素多，影响因素之间的相互作用大，从信息角度看，它的不确定及不确知的信息多，同时其综合性也很强，表现在其结构方案不仅仅取决于力学分析，而是应该综合考虑到环境、经济、安全、适用等多种因素。这种综合决策是十分复杂的，我们只能考虑一些主要因素，而忽略次要因素的影响。同时我们还应该注意到这些因素可能具有层次性，不同因素还可能存在部分耦连性，各因素对选型的影响又具有一定的模糊性。对于千差万别的建筑方案，除了对建筑美学等的考虑外，影响高层建筑结构选型的主要因素可归纳为：
1.1环境条件。主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等。
1.2建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高宽比、长宽比以及建筑体型，其中建筑体型包括平面体型和立体体型。平面体型是由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组成，立体体型是由结构高宽比、立面收进体型、塔楼和层间刚度等组成。
1.3建筑使用功能要求。高层建筑的使用功能大体上可分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼等。某种功能的建筑可能只有某几种结构型式和它相匹配。比如高层住宅，由于其使用空间较小，分隔墙体较多，且各层的平面布置基本相同，因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构。
1.4施工工期要求。高层建筑由于投资巨大，结构施工周期的缩短，可以使整个建筑更早地投入使用，取得经营收入，同时还可以缩短贷款建设的还贷时间，从而减少还贷利息。
1.5结构抗灾水平和可维护性。在传统的结构设计中，人们往往将注意力集中于建筑结构的力学分析、结构的设计和施工，而忽视了设计阶段前的许多更为重要的问题。根据高层建筑结构的受力特点，对高层建筑结构在概念阶段的设计显得尤为重要，该阶段设计的优缺点直接影响建筑工程整体的经济性。
2高层建筑结构体系选型与建筑施工的关系
高层建筑施工工艺的不同，不仅会影响到材料消耗、劳动力、工期及造价等技术经济指标，而且也会影响到建筑结构的受力状态，抗震性能等。所以在高层建筑结构体系选型时就要对施工工艺连同其它因素加以权衡，综合考虑。现浇钢筋混凝土高层建筑结构的造价主要包括材料、模板及施工三部分。据统计，在造价中模板的费用是最主要、最易变化的部分，它可占总造价的33%-55%，模板体系选择是否合理，不仅影响主体结构造价，而且与施工速度及劳动力消耗有着密切关系。
3建筑物的功能对结构选型的影响
建筑物的功能要求是建筑设计中应考虑的首要因素。任何建筑都具有对客观空间环境的要求，根据这些要求可大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。在结构选型时应使所选择的结构形式剖面与建筑物使用空间相适应，尽可能降低结构构件的高度，才能提高空间的使用效率、节省维护结构的初始投资费用、减少照明采暖空调负荷、节省维护费用从而降低建筑物全寿命期费用。其次通过对结构体系裸露和艺术加工，将结构形式与建筑的空间艺术形象融合为一体来表现建筑美。建筑界公认的典型例子意大利佛罗伦萨运动场的大看台，是一个钢筋混凝土梁板式结构，雨蓬的挑梁伸出17 m。它的彎矩图是二次抛物线，建筑师把挑梁的外形与其弯矩图统一起来，同时利用混凝土的可塑性，对挑梁的外轮廓进行艺术处理。在挑梁支座附近挖了一个带有椭圆弧线的三角形孔。既减轻了结构自重，又获得良好的艺术效果。直接将结构的自然形体进行恰如其分的艺术加工而又不做任何多余的装饰，使结构形式与建筑空间艺术形象高度地融合起来。
4建筑结构材料对结构选型的影响
随着科学技术的发展，新的结构材料的诞生带来新的结构型式并从而促进建筑型式的巨大变革，不可避免地给建筑结构选型带来巨大的影响。例如：目前随着钢铁材料的发展，钢结构材料与钢筋混凝土相比，具有显著的轻质高强特点，其强度重量比指数是钢筋混凝土的5倍以上。
统计分析表明。高层钢结构的自重(包括钢结构骨架与混凝土楼板)约为6 kN/m~8 kN/m，仅为钢筋混凝土高层结构自重12 kN/m~14 kN/ms的一半及60%左右。总的来说，高层建筑如果自重偏大会给设计、施工、材料运输、结构抗震性能及结构技术经济指标带来较多不利影响。因此，选用能减轻建筑自重的结构材料是很必要的。相对高层建筑而言，自重的减轻还可以显著减小基础的负荷和地震作用。从而降低基础及结构工程的造价。
总之，综合考虑建筑结构材料对结构选型的影响。在选型时应该注意：(1)合理选用建筑结构材料；(2)选择能充分发挥材料性能的结构型式。
5 高层建筑结构选型的相关问题
5.1 竖向承重结构的选型
在对竖向承重结构进行选型时，首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的，因而它们适应的高度也不同。一般说来，框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况；框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；层数很多或设防烈度较高时，可用筒体结构。
选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类：住宅公寓、旅馆酒店以及大型公共建筑(办公、商业、科研、教学、医院等)。住宅建筑一般采用剪力墙结构。
5.2 水平承重结构的选型
水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常有以下几种，平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系：平板体系采用单向板或双向板，常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整，可以不加吊顶，结构高度低，可以降低层高。但当跨度大时，采用平板较困难，一般非预应力平板不宜成过6m，预应力平板不宜超过9m，否则平板厚度过大，楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖：在层高受限制情况下，公用建筑常采用无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽，以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度是：普通钢筋混凝土楼面6m以内；预应力混凝土楼面可达9m。密肋楼盖：密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时，框架－剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足：房屋高度超过50m时，框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构；剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构；6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖；框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇楼盖，混凝土强度等级不宜低于C20，也不宜高于 C40。
5.3 下部结构的选型
高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏，不但关系到结构的安全，而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。
高层建筑基础形式通常有以下几种：
(1)柱下独立基础：适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时，可采用地锚将基础锚固在岩石上，锚入长度≥40d。
(2)交叉梁基础：即双向为条形基础。适用：层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架－剪力墙结构。
(3)片筏基础：适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时用。当基岩埋置深度很深，水下水位又很高，但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时，选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱，应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时，还要进行抗浮验算。
(4)复合基础：适用于层数较多或土质较弱时采用。CFG桩复合地基是高粘结强度复合地基代表，目前它已大量应用于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。可用于填土、饱和土及非饱和土粘性土
6结语
随着建筑工程技术在我国的进一步发展，高层建筑结构智能选型系统将得到更为广泛的使用，对于结构选型的运用也将在更多的新型结构方案中拓展开。结构选智能系统必将随之扩充发展，如何扩充其因素和方案将成为进一步研究的方向。
参考文献
[1]陈章洪.建筑结构选型手册[S].北京：中国建筑巨业出版社，2000.
[2]李国强，张洁.上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土结构的综合经济比较分析[J].建筑结构学报，2000(4)：75-79.
[3]刘西拉，李楚舒.基于神经网络的高层建筑结构体系选择[J].建筑结构学报，1999(10)：36-41.