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【摘要】文章首先介绍了高层建筑结构选型的重要性，然后阐述了高层建筑结构分类的现状，最后通过对高层建筑结构选型设计的探讨点出了文章的重点。
【关键词】高层建筑，结构选型，设计
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
近年来，我国高层建筑工程虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对高层建筑结构选型设计的把控，对确高层建筑工程质量有着重要意义。
二、高层建筑结构选型的重要性
高层建筑与城市社会发展的关系密切我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升,城市居住、生产、生活用地日趋紧张。为节约及充分利用城市土地资源,减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费,提高城市社会吸纳能力及其综合效益,缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾,改善城市环境与调节心理等城市社会性问题,高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长,且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。
高层建筑结构复杂性提高现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大,要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化,为增大建筑净空高度,很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现,对结构系统形式的要求提高。随着高度与规模等增大,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大。
三、高层建筑结构分类的现状
1．钢筋混凝土结构体系
钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两种材料的受力性能和特点。由于这些优点使得钢筋混凝土结构成为我国传统的结构形式。但同时钢筋混凝土结构也具有自重大,构件截面大,抗裂性能差,延性较差,浇筑混凝土时需要模板和支撑,户外施工受到季节条件的影响, 修复和补强比较困难等缺点而限制了它的进一步推广应用。钢筋混凝土结构的结构体系型式主要有框架、剪力墙、筒体、框架- 剪力墙以及框架- 筒体等,其中筒体又可分为框筒、单筒、多筒和束筒等。
2．钢结构体系
钢结构在我国高层建筑中的应用还并不普遍,直到80 年代中期我国才在深圳建起了我国第一幢高层钢结构建筑“深圳发展中心大厦”, 但到目前为止我国已建和在建的高层钢结构已达到26 幢之多,取得了较好的综合经济效益。钢结构的结构体系型式主要有框架、框架- 支撑、筒体、巨型框架、巨型桁架以及悬挂体系等。
3．钢- 混凝土混合结构体系
实践已证明钢- 混凝土混合结构能形成高效的抗侧力体系, 取得用钢量较小, 造价较低的技术经济效果, 已在30～80 层的高层建筑中得到推广应用, 但这种体系中两种不同材料的结构或构件之间的连接技术仍是当前需进一步研究的课题。钢- 混凝土混合结构的结构体系型式主要有钢框架- 混凝土墙、钢框架- 混凝土核心筒、钢框架- 混凝土框筒、钢框筒-混凝土墙以及钢框筒- 混凝土核心筒等。
4．钢- 混凝土组合结构体系
钢- 混凝土组合结构主要包括型钢混凝土结构和钢管混凝土结构。型钢混凝土结构(SRC) 是指混凝土内含型钢的劲性配筋混凝土结构体系。型钢混凝土结构存在和钢筋混凝土類似的缺点, 但它具有承载力高, 抗裂性和抗震性能较好等优点, 在一些高层建筑的底部数层或跨度较大部分和重荷载部分得以应用,能在不显著提高造价的情况下增强结构的抗震性能,减小构件截面,并能加快施工速度。缺点是主要适宜于作轴心受压、小偏心受压构件。到目前为止,钢管混凝土结构的优越性能已开始被人们认识,并逐步在高层建筑中得到应用,有着较好的综合经济效益。组合结构体系主要有框架、框架- 剪力墙、框筒以及框架- 筒体等, 其中框架部分采用型钢混凝土或钢管混凝土,剪力墙或筒体部分则采用钢筋混凝土。
四、高层建筑结构选型设计
1．高层建筑结构功能的优化
建筑的使用情况对结构功能要求的高低对结构的造价影响很大，要求过高的功能会造成浪费，要求过低又会影响整个建筑将来的使用。这是对整个建筑工程项目所形成的结构集合的全局的规划问题，它主要决定于工程建成后用户对工程总的使用功能上的要求，然后在实现总功能要求的目标和有关约束条件下进行对各个结构功能要求的优化。对高层建筑来说，最重要的是确定其高度和每层的空间布局。
2，,结构体系选择的优化
在已经确定对各个结构的功能要求之后，就要根据功能及其它要求来为其进行结构选型。高层建筑可选用的结构体系为：框架结构、框一剪结构、剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构等形式。由于对结构的强度、刚度、动力特性、造价、抵御自然灾害的能力、美学效应以及其他社会效应的众多要求，结构选型是一个综合性很强的决策问题，它要求力学、结构、建筑学、美学、经济学等学科的密切配合才能很好地解决。
3．结构体系的优化
结构体系的优化是先从结构的概念设计入手，使结构的平面布置尽量规则、对称，立面和竖向规则，侧向刚度均匀变化。同时，通过计算和定量分析，对关系到体系整体性能的设计变量，如框架结构的柱网布置、框架－力结构中的剪力墙的数量、平面布置和刚度特征值等进行优化。
4．结构尺寸的优化
在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，即进行结构构件尺寸的最小造价设计。
5．抗震结构优化设计
因为抗震设防水平定得太高，会大大提高结构的造价，而且由于在结构服役期间可能遇不到那样强烈的地震灾害而造成不必要的浪费。但是，如果设防水平定得太低，就可能在地震灾害作用下由于结构破坏而带来巨大的经济和生命财产损失，因此基于最优设防烈度的结构设计尤为重要。
6．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。当建筑物的高度超出表中数值时,要进行专门的研究,采取有效的措施。选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。
7．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。
8．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。
五、结束语
高层建筑结构选型设计至关重要，因此，在高层建筑工程的后续发展中，要不断提高管理人员素质，加强对高层建筑结构选型设计的重视，严格管理体系，促进高层建筑结构选型设计水平的提高。
参考文献
[1]沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]刘海卿,康珍珍,张丙军.高层建筑结构选型影响因素分析[J].科学技术与工程,2006(6).
[1]沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京:中国建筑工业出版社,2006.
【关键词】高层建筑，结构选型，设计
中图分类号：TU97文献标识码： A
一、前言
近年来，我国高层建筑工程虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对高层建筑结构选型设计的把控，对确高层建筑工程质量有着重要意义。
二、高层建筑结构选型的重要性
高层建筑与城市社会发展的关系密切我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升,城市居住、生产、生活用地日趋紧张。为节约及充分利用城市土地资源,减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费,提高城市社会吸纳能力及其综合效益,缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾,改善城市环境与调节心理等城市社会性问题,高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长,且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。
高层建筑结构复杂性提高现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大,要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化,为增大建筑净空高度,很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现,对结构系统形式的要求提高。随着高度与规模等增大,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大。
三、高层建筑结构分类的现状
1．钢筋混凝土结构体系
钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两种材料的受力性能和特点。由于这些优点使得钢筋混凝土结构成为我国传统的结构形式。但同时钢筋混凝土结构也具有自重大,构件截面大,抗裂性能差,延性较差,浇筑混凝土时需要模板和支撑,户外施工受到季节条件的影响, 修复和补强比较困难等缺点而限制了它的进一步推广应用。钢筋混凝土结构的结构体系型式主要有框架、剪力墙、筒体、框架- 剪力墙以及框架- 筒体等,其中筒体又可分为框筒、单筒、多筒和束筒等。
2．钢结构体系
钢结构在我国高层建筑中的应用还并不普遍,直到80 年代中期我国才在深圳建起了我国第一幢高层钢结构建筑“深圳发展中心大厦”, 但到目前为止我国已建和在建的高层钢结构已达到26 幢之多,取得了较好的综合经济效益。钢结构的结构体系型式主要有框架、框架- 支撑、筒体、巨型框架、巨型桁架以及悬挂体系等。
3．钢- 混凝土混合结构体系
实践已证明钢- 混凝土混合结构能形成高效的抗侧力体系, 取得用钢量较小, 造价较低的技术经济效果, 已在30～80 层的高层建筑中得到推广应用, 但这种体系中两种不同材料的结构或构件之间的连接技术仍是当前需进一步研究的课题。钢- 混凝土混合结构的结构体系型式主要有钢框架- 混凝土墙、钢框架- 混凝土核心筒、钢框架- 混凝土框筒、钢框筒-混凝土墙以及钢框筒- 混凝土核心筒等。
4．钢- 混凝土组合结构体系
钢- 混凝土组合结构主要包括型钢混凝土结构和钢管混凝土结构。型钢混凝土结构(SRC) 是指混凝土内含型钢的劲性配筋混凝土结构体系。型钢混凝土结构存在和钢筋混凝土類似的缺点, 但它具有承载力高, 抗裂性和抗震性能较好等优点, 在一些高层建筑的底部数层或跨度较大部分和重荷载部分得以应用,能在不显著提高造价的情况下增强结构的抗震性能,减小构件截面,并能加快施工速度。缺点是主要适宜于作轴心受压、小偏心受压构件。到目前为止,钢管混凝土结构的优越性能已开始被人们认识,并逐步在高层建筑中得到应用,有着较好的综合经济效益。组合结构体系主要有框架、框架- 剪力墙、框筒以及框架- 筒体等, 其中框架部分采用型钢混凝土或钢管混凝土,剪力墙或筒体部分则采用钢筋混凝土。
四、高层建筑结构选型设计
1．高层建筑结构功能的优化
建筑的使用情况对结构功能要求的高低对结构的造价影响很大，要求过高的功能会造成浪费，要求过低又会影响整个建筑将来的使用。这是对整个建筑工程项目所形成的结构集合的全局的规划问题，它主要决定于工程建成后用户对工程总的使用功能上的要求，然后在实现总功能要求的目标和有关约束条件下进行对各个结构功能要求的优化。对高层建筑来说，最重要的是确定其高度和每层的空间布局。
2，,结构体系选择的优化
在已经确定对各个结构的功能要求之后，就要根据功能及其它要求来为其进行结构选型。高层建筑可选用的结构体系为：框架结构、框一剪结构、剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构等形式。由于对结构的强度、刚度、动力特性、造价、抵御自然灾害的能力、美学效应以及其他社会效应的众多要求，结构选型是一个综合性很强的决策问题，它要求力学、结构、建筑学、美学、经济学等学科的密切配合才能很好地解决。
3．结构体系的优化
结构体系的优化是先从结构的概念设计入手，使结构的平面布置尽量规则、对称，立面和竖向规则，侧向刚度均匀变化。同时，通过计算和定量分析，对关系到体系整体性能的设计变量，如框架结构的柱网布置、框架－力结构中的剪力墙的数量、平面布置和刚度特征值等进行优化。
4．结构尺寸的优化
在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，即进行结构构件尺寸的最小造价设计。
5．抗震结构优化设计
因为抗震设防水平定得太高，会大大提高结构的造价，而且由于在结构服役期间可能遇不到那样强烈的地震灾害而造成不必要的浪费。但是，如果设防水平定得太低，就可能在地震灾害作用下由于结构破坏而带来巨大的经济和生命财产损失，因此基于最优设防烈度的结构设计尤为重要。
6．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。当建筑物的高度超出表中数值时,要进行专门的研究,采取有效的措施。选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。
7．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。
8．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。
五、结束语
高层建筑结构选型设计至关重要，因此，在高层建筑工程的后续发展中，要不断提高管理人员素质，加强对高层建筑结构选型设计的重视，严格管理体系，促进高层建筑结构选型设计水平的提高。
参考文献
[1]沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]刘海卿,康珍珍,张丙军.高层建筑结构选型影响因素分析[J].科学技术与工程,2006(6).
[1]沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京:中国建筑工业出版社,2006.