高层建筑结构选型的

摘 要：高层建筑的结构选型,不仅关系到高层建筑的结构安全,而且影响高层建筑的美观适用.因此,我们应当注重建筑概念设计中对结构选型的研究.文中总结了各种高层建筑结构体系、特别是近年来出现的复杂、新颖的结构体系的受力特征,进而对高层建筑结构选型要点进行了探讨.

关 键 词：高层；重要性；结构选型

近年来,随着经济实力、建筑技术的快速发展和对土地资源的合理、高效利用的迫切需求,我国高层建筑发展相当迅速.高层建筑的高度不断增加,功能和类型愈来愈复杂,结构体系趋于多样化,地区分布也更加广泛.高层建筑一般是承担较多功能,且工程造价较大的重要建筑物,所以从安全和经济的角度,高层建筑的概念设计就相当重要.高层建筑结构的选型在结构抗震概念设计中占有极其重要的地位,它们直接影响着结构的安全性与经济性.然而,高层建筑的结构选型受诸多复杂的条件和因素制约,例如建筑物所在地区的基本风压值、抗震设防烈度、场地土条件、建筑平面形状、建筑层数、结构材料、功能要求等,因此我们必须建立合理有效的研究体系,综合考虑各种条件和制约因素,为结构选型的科学决策提供依据.

1.高层建筑结构选型的相关概述

高层建筑的结构体系主要有框架结构,异型柱框架结构,框架一剪力墙结构,剪力墙结构,部分框支剪力墙结构,筒体结构（框架一核心筒结构,筒中筒结构）,以及混合结构,即由多种材料构件如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件（钢管混凝土构件、型钢混凝土构件及组合梁等）构成的结构.主要分为：

①一般高层建筑结构体系.一般高层建筑结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架-剪力墙体系、框架-筒体体系、框筒体系、筒中筒体系等结构体系.

②复杂高层建筑结构体系.复杂高层建筑结构体系一般是指带转换层结构体系、连体结构体系、悬挑结构体系、带加强层结构体系、平面不规则结构体系等.

③新颖高层建筑结构体系.近年来,出现了一些新颖的高层建筑结构体系.其中具有代表性的有束筒体系、巨型框架体系、脊骨体系等结构体系.

2.结构选型

2.1建筑材料的选用

山于抵抗水平力是高楼结构的主要日标,因此的抗侧力体系便成为高层结构体系的重要组成部分,抗侧力能力的强弱,则是衡量结构体系是否经济有效的尺度在高楼单位建筑而积的结构材料用量中,用于承担重力荷载的结构材料用量,与房屋层数成线性比例增加其中,用于楼盖结构的材料用量人体是定值,几乎与结构层数无关；用于培、柱等竖向承重构件的材料用量,则随房屋的层数成比例增长；而用于抵抗侧力的结构材料数量,则按房屋层数一次方的关系曲线急剧增长所选定的抗侧力体系是否经济有效,对于结构材料的用量影响很人,综合各方而条件经过精心设计所确定的最优抗侧力体系,将使结构材料用量得以大幅度下降因此_高层建筑结构的优化设计对节约结构造价的重要性

2.2结构体系要满足建筑内部空间要求

高层建筑使用功能小同,建筑平而布置也就随之变化般情况下,小空间平而布置方案,仅适用于住宅以及旅馆的客房部；办公楼要求人小空间兼有；餐厅、商场、展览厅及卜业厂房,则要求人空间的平而布置方案；舞厅和宴会厅,更要求内部无柱的人空间在结构方案设计阶段,应首先考虑建筑使用功能对内部空间的需求,再结合其它条件综合考虑,确定种既实用又经济、有效的结构体系采用框架结构的建筑平而布置灵活,可实现人的内部空间；剪力培结构建筑平而布置受限制,只能实现小空间；框培结构体系建筑平而布置比较灵活,可实现较人的内部使用空间；框筒体系建筑平而布置灵活,可产生人的内部使用空间；且建筑采光通风均较好；筒中筒体系建筑平而布置比较灵活,可有较人的内部使用空间；框筒束体系建筑平而布置受限于密排柱网,但仍可产生人的内部使用空间团

2.3高层建筑的抗震要求

当高层建筑处于非抗震区,则在结构设计时可以不考虑地震力的影响,其水平荷载主要为风载荷.因此,建筑结构型式主要选择有明显抗风作用的类型.如果建筑场地的风力较大,则可以选择风压体型系数较小的建筑体

位于地震区的高层建筑,在确定结构体系时,除了要考虑材料用量、建筑内部空间和房屋适用高度等ICI素外,还需考虑抗震效果：具有明确的计算简图和合理的地震力传递路线；具各多道抗震防线,小会因部分结构或构件失效,而导致整个体系丧失抗侧力或承受重力荷载的能力；具有必要的承载力、良好的延性和较多的耗能潜力,从而使结构体系遭遇地震时具有足够的防倒塌能力；沿水平和竖向,结构的刚度和强度分布均匀,或按需要合理分布,避免出现局部削弱或突变,防止地震时出现过人的应力集中或塑性变形集中总之,在确定建筑方案的同时,应综合考虑房屋的设防烈度、场地类别、房屋高度、地基基础,以及施}一条件等,并结合结构体系的经济、技术指标,选择最合适的结构体系

2.4建筑经济因素的影响

合理的结构选型,在不影响建筑功能和使用的前提下,还能有效地降低建筑物的建造成本.现结合笔者的实际设计经验,谈谈结构选型对建筑经济性的影响.

在设计中,为了使剪力墙的长度短一些,部分建设单位会要求在住宅中大量地采用短肢剪力墙；但是,由于短肢剪力墙抗震性能较差,规范要求抗震等级提高一级,而且对短肢剪力墙有比较高的配筋率和配箍率要求,虽然节约了部分混凝土的量,但是却大大提高了建筑的含钢量.其实只要稍微拉长墙体,使墙长与墙厚的比值达到8倍以上,使墙成为一般的剪力墙,就可以降低墙体的含钢量.

在住宅设计中,不可避免地会出现在客厅等大空间位置处布置少量的框架柱,就可能使建筑的结构型式由剪力墙结构变成框架剪力墙结构,由此会导致整个建筑物抗震等级的提高.而通过在局部增加墙体设置,使框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%,那么对于剪力墙的抗震等级还可以按照剪力墙结构来选取,从而可以降低结构的含钢量,以达到经济节约的目的.

以上是设计过程中结构选型对建筑造价的直接影响.另外,我们还应针对影响经济效益的各个要素进行全面考察,基于整体、长远的角度,对结构选型的经济性进行系统评估.在实施某个结构方案时,一次性的投资费用固然要考虑在内,但是其全寿命期的成本也不能忽略.结构的建造成本不能以单纯的货币指标来核算,还要加上节省材料消耗以及节省劳动力等指标

3.总结和展望

目前,在高层建筑的结构选型方面,已经引起了相当一部分国内外专家、学者的重视,但是理论研究和方法的应用尚未充分.结构选型是一个非常复杂的决策问题,具有很强的综合性,包含大量的不确定性.这要求结构选型研究趋于建立结构型式智能产生与创新、评价与决策的方法,构建集成的智能型式优化方法.例如,在大型复杂结构选型中综合利用模糊推理、概率推理和证据推理,即基于信息融合技术的多源信息融合推理方法；基于事例推理（CBR）和人工神经元网络（ANN）有机结合的方法；综合考虑结构、建筑、美学和经济学等诸多依据的结构选型智能决策系统等方法.笔者认为,结构选型方我国对地震规律的认识程度和经济条件,提出了设防三水准（小震不坏,中震可修,大震不倒）二阶段设计（承载力计算和构造措设计阶段、弹塑性变形验算阶段）的建筑抗震设计总思路,并按重要性将建筑分成四类以便区别对待,并重视概念设计的运用.