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摘 要：高层建筑具有占地面积小、节约市政工程费用、节约拆迁费用等优点，因此为改善城市居民的居住条件，在大城市和某些中等城市中，高层住宅和底层带商店的住宅建筑发展十分迅速。然而目前的工程设计领域出现的情况是，设计人员有大量的设计任务，结构经济性问题难以得到足够重视，导致同一工程不同设计人员设计时期土建造价的差别很大，造成不必要的浪费。从而在设计阶段，尤其是高层建筑的结构设计做好结构选型分析是非常有价值的，不仅要保证结构的安全也要考虑整个结构的经济造价。
关键词：高层建筑；结构设计；结构选型分析
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
1.高层建筑的特点
对高层建筑而言，其结构要同时承受垂直荷载和水平荷载，还要抵抗地震的作用。在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，通常是可以忽略的；在多层结构中，水平荷载的效应（内力和位移）逐渐增大；而到高层建筑中，水平荷载和地震作用将成为主要的控制因素。图1表示建筑的高度与荷载效应的关系，从图中可以看出，随着高度增大，位移增加最快，弯矩次之。高层建筑设计不仅需要较大的承载力，而且需要较大的刚度，使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内，这主要是因为（1）过大的侧向变形会使人不舒服，影响使用；（2）填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏，也会是电梯轨道变形；（3）主体结构出现裂缝，甚至损坏；（4）结构产生附加内力，甚至引起倒塌。同时由于高层建筑的高度大，地震作用对它的影响也是较大的，所以设计时要考虑结构的延展性。
图1 建筑物高度结构内力位移的影响
高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计是关键。要使得抗侧力结构具有足够的承载能力和刚度，又要有好的抗震性能，还要尽可能地提高材料利用率，降低材料消耗，节约造价等，必须从选择结构材料，结构体系，基础形式等各方面着手，采用合理的计算设计方法，重视连接和锚固等细部处理。任何一个好的建筑，一定是建筑、结构、各种管道设备以及施工等几方面的密切配合和相互合作的产物，尤其是在高层建筑中，建筑功能要求高，经济性要求也高。
2.高层建筑结构的类型
高层建筑结构可分成竖向、水平和底部构建。设计师根据建筑高度、宽度比、抗震设防类别和烈度、场地类别、结构结构材料和施工技术等因素考虑适宜的建筑各部分结构构建的体系称为结构选型。结构选型既关系到高层建筑使用功能的实现又影响着高层建筑的结构安全和正常适用，是高层建筑结构设计极其重要的环节。结构选型包括选择合适的竖向承重结构、合适的水平承重结构以及合适的基础结构等内容。
高层建筑的竖向承重结构有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体等多种形式，水平承重结构有单向板肋形、双向板肋形、井式、密肋和无梁楼盖等多种形式，基础结构有独立、条形、筏形、箱形和桩基础等多种形式。为了要选择合适的结构形式，要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应首先符合使用要求，尽可能地与建筑型式相一致；其次是结构的平面和立面形状规则，受力好，有足够的承载力、刚度和延性；最后一点也是要施工简便并且经济合理。
3.工程实例选型分析
3.1工程概况
某大厦主要的功能为办公写字楼，设计为高层结构建筑。设计方案定位28层综合楼，总的建筑面积为2.5万m2，未设地下室。层高3.3m，建筑高度93.8，结构高度92.4m，建筑平面为规则对称的井字型平面。
3.2结构平面布置比较分析
方案（一）：框-筒结构体系
结构平面布置考虑有利于抵抗水平和竖向的荷载，建筑平面设计时要尽可能的简单，从而减少震害。因此本方案设计时保证结构平面布置规则对称的同时，不忘记刚度的对称，矩形的中部设计楼电梯井筒体，最后根据建筑平面对称布置框架。梁和柱的中线宜重合，以使传力直接，减小由于偏心过大而造成的不利影响。框架柱的截面高度和宽度根据工程情况都不应小于300mm，注意不要形成短柱。框-筒结构中由框架和核心筒体一起受力，这样筒体中的剪力墙可以合并成总的剪力墙抗弯刚度为各个剪力墙的抗弯刚度之和，从而可以认为整个结构形成一个弯剪型的悬臂梁。
方案（二）：剪力墙结构体系
剪力墙结构一般有较好的抗震性能。剪力墙结构造价主要控制因素是剪力墙的数量和布置。剪力墙的间距是根据建筑平面布局来确定，过小的话墙体的材料强度得不到充分发乎还会导致较大的地震反应，自重增大也会带来工程投资的增加。本文讨论的建筑为28层综合写字间办公楼，考虑其会有较大的办公空间和会议室，剪力墙按大开间布置（间距6～8m），则可充分发挥墙体的承载能力，具有较好的技术和经济指标。
3.3结构构件截面尺寸及材料分析
3.4方案选择
为了更加合理的选择方案，在确定方案之前还采用专门的高层结构分析与设计空间组合结构的软件，软件可以精确的分析多、高层框架结构、剪力墙结构、筒体结构等多种结构形式，限于篇幅不对具体计算过程进行阐述。
方案（一）和方案（二）两种结构体系对于高层建筑来说都有自己的特点。通过软件的比较分析，剪力墙体系的剪力墙轴压比控制得比框架-剪力墙或者框架-筒体结构体系中的柱的轴压比低的多，这样就会造成混凝土和钢筋的利用率会降低。从而不仅会增加自重也会增加工程造价。
通过结构体系方案比较，该办公建筑采用框-筒结构体系相对剪力墙结构来说更为合理。通过对结构受力比较，只要进行合理的设计，两种结构型式都可以满足要求。同时从经济性方面来看，对于20～30层这种不太高的建筑，选择框-筒建构体系比剪力墙结构体系更加有优势。
结语
从建筑的功能来看，大部分的高层结构建筑功能都有着向多功能发展的趋势。在建造方面，首先是结构体系的更加多样化，这必然会出现多种结构的有机组合；其次是采用轻质、高强、复合的新型建筑材料，这些都将导致高层建筑的用途朝着更加综合化的方向发展。所以在今后的高层建筑的结构选型中，更多的要往这些需求和特点加以考虑。
参考文献：
[1]黄世敏，魏琏，程绍革等. 地震区框架-剪力墙结构最优剪力墙数量的研究[J]. 工程抗震，2003（01）.
[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（02）.
[3]赵鸿铁，胡安妮. 高层建筑转换层结构形式选择影响因素的统计分析[J]. 西安建筑科技大学学报（自然科学版），2000（01）.
[4]第十八届全国高层建筑结构学术交流会论文集（上、下册），中国建筑科学研究院，2004，10.
关键词：高层建筑；结构设计；结构选型分析
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
1.高层建筑的特点
对高层建筑而言，其结构要同时承受垂直荷载和水平荷载，还要抵抗地震的作用。在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，通常是可以忽略的；在多层结构中，水平荷载的效应（内力和位移）逐渐增大；而到高层建筑中，水平荷载和地震作用将成为主要的控制因素。图1表示建筑的高度与荷载效应的关系，从图中可以看出，随着高度增大，位移增加最快，弯矩次之。高层建筑设计不仅需要较大的承载力，而且需要较大的刚度，使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内，这主要是因为（1）过大的侧向变形会使人不舒服，影响使用；（2）填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏，也会是电梯轨道变形；（3）主体结构出现裂缝，甚至损坏；（4）结构产生附加内力，甚至引起倒塌。同时由于高层建筑的高度大，地震作用对它的影响也是较大的，所以设计时要考虑结构的延展性。
图1 建筑物高度结构内力位移的影响
高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计是关键。要使得抗侧力结构具有足够的承载能力和刚度，又要有好的抗震性能，还要尽可能地提高材料利用率，降低材料消耗，节约造价等，必须从选择结构材料，结构体系，基础形式等各方面着手，采用合理的计算设计方法，重视连接和锚固等细部处理。任何一个好的建筑，一定是建筑、结构、各种管道设备以及施工等几方面的密切配合和相互合作的产物，尤其是在高层建筑中，建筑功能要求高，经济性要求也高。
2.高层建筑结构的类型
高层建筑结构可分成竖向、水平和底部构建。设计师根据建筑高度、宽度比、抗震设防类别和烈度、场地类别、结构结构材料和施工技术等因素考虑适宜的建筑各部分结构构建的体系称为结构选型。结构选型既关系到高层建筑使用功能的实现又影响着高层建筑的结构安全和正常适用，是高层建筑结构设计极其重要的环节。结构选型包括选择合适的竖向承重结构、合适的水平承重结构以及合适的基础结构等内容。
高层建筑的竖向承重结构有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体等多种形式，水平承重结构有单向板肋形、双向板肋形、井式、密肋和无梁楼盖等多种形式，基础结构有独立、条形、筏形、箱形和桩基础等多种形式。为了要选择合适的结构形式，要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应首先符合使用要求，尽可能地与建筑型式相一致；其次是结构的平面和立面形状规则，受力好，有足够的承载力、刚度和延性；最后一点也是要施工简便并且经济合理。
3.工程实例选型分析
3.1工程概况
某大厦主要的功能为办公写字楼，设计为高层结构建筑。设计方案定位28层综合楼，总的建筑面积为2.5万m2，未设地下室。层高3.3m，建筑高度93.8，结构高度92.4m，建筑平面为规则对称的井字型平面。
3.2结构平面布置比较分析
方案（一）：框-筒结构体系
结构平面布置考虑有利于抵抗水平和竖向的荷载，建筑平面设计时要尽可能的简单，从而减少震害。因此本方案设计时保证结构平面布置规则对称的同时，不忘记刚度的对称，矩形的中部设计楼电梯井筒体，最后根据建筑平面对称布置框架。梁和柱的中线宜重合，以使传力直接，减小由于偏心过大而造成的不利影响。框架柱的截面高度和宽度根据工程情况都不应小于300mm，注意不要形成短柱。框-筒结构中由框架和核心筒体一起受力，这样筒体中的剪力墙可以合并成总的剪力墙抗弯刚度为各个剪力墙的抗弯刚度之和，从而可以认为整个结构形成一个弯剪型的悬臂梁。
方案（二）：剪力墙结构体系
剪力墙结构一般有较好的抗震性能。剪力墙结构造价主要控制因素是剪力墙的数量和布置。剪力墙的间距是根据建筑平面布局来确定，过小的话墙体的材料强度得不到充分发乎还会导致较大的地震反应，自重增大也会带来工程投资的增加。本文讨论的建筑为28层综合写字间办公楼，考虑其会有较大的办公空间和会议室，剪力墙按大开间布置（间距6～8m），则可充分发挥墙体的承载能力，具有较好的技术和经济指标。
3.3结构构件截面尺寸及材料分析
3.4方案选择
为了更加合理的选择方案，在确定方案之前还采用专门的高层结构分析与设计空间组合结构的软件，软件可以精确的分析多、高层框架结构、剪力墙结构、筒体结构等多种结构形式，限于篇幅不对具体计算过程进行阐述。
方案（一）和方案（二）两种结构体系对于高层建筑来说都有自己的特点。通过软件的比较分析，剪力墙体系的剪力墙轴压比控制得比框架-剪力墙或者框架-筒体结构体系中的柱的轴压比低的多，这样就会造成混凝土和钢筋的利用率会降低。从而不仅会增加自重也会增加工程造价。
通过结构体系方案比较，该办公建筑采用框-筒结构体系相对剪力墙结构来说更为合理。通过对结构受力比较，只要进行合理的设计，两种结构型式都可以满足要求。同时从经济性方面来看，对于20～30层这种不太高的建筑，选择框-筒建构体系比剪力墙结构体系更加有优势。
结语
从建筑的功能来看，大部分的高层结构建筑功能都有着向多功能发展的趋势。在建造方面，首先是结构体系的更加多样化，这必然会出现多种结构的有机组合；其次是采用轻质、高强、复合的新型建筑材料，这些都将导致高层建筑的用途朝着更加综合化的方向发展。所以在今后的高层建筑的结构选型中，更多的要往这些需求和特点加以考虑。
参考文献：
[1]黄世敏，魏琏，程绍革等. 地震区框架-剪力墙结构最优剪力墙数量的研究[J]. 工程抗震，2003（01）.
[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（02）.
[3]赵鸿铁，胡安妮. 高层建筑转换层结构形式选择影响因素的统计分析[J]. 西安建筑科技大学学报（自然科学版），2000（01）.
[4]第十八届全国高层建筑结构学术交流会论文集（上、下册），中国建筑科学研究院，2004，10.