建筑結構設計及工程結構選型分析

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摘要：隨著我國城市化進程的不斷加快，高層建筑已經步入人們的生產與生活中，其安全性與穩定性一直是人們所關注的問題。高層建筑結構設計與選型直接影響建筑的穩定性，因此一直為人們所關注。對高層建筑特征進行介紹，重點論述了高層建筑結構設計，對高層建筑結構選型進行了深入探討。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；結構選型

當前中國經濟發展迅猛，房地產行業的發展如火如荼。建筑行業已經成為中國當前經濟增長的主要支撐點，隨著技術的不斷進步，高層建筑已經越來越多的步入人們的生產與生活中，高層建筑的穩定性直接影響的建筑適應的安全性，因此，一直受到人們的重視。高層建筑的結構設計與選型直接關系到高層建筑的穩定性，歷來是研究的重點與熱點。

1高層建筑結構特征

作為人類社會發展的產物，高層建筑在城市化進程中的作用越來越重要。一般高度的建筑物結構都會對外界的水平負荷與垂直負荷進行承受，要求較高的抗震標準。當發生地震時，建筑物結構抗震性能不夠，結構物不合理的平面布局，都會使得剛度中心與質量中心存在較大偏差。沿著豎向剛度結構發生變化，從而破壞建筑結構，由于結構過大扭矩造成建筑薄弱底層房屋的倒塌。特別是對于高層建筑，要求的抗震性能非常高。鋼結構是現代高層建筑結構的基本結構，由于鋼結構具有良好的抗震性能、較輕的自重、較高的剛度與強度，因此在高層建筑施工中的應用越來越普遍。

2高層建筑結構設計分析

2.1結構設計中水平荷載控制分析

高層建筑相對于底層建筑而言，其整體結構對水平載荷具有較大的承載量，因此，高層建筑整體穩定性直接受高層建筑結構設計中水平荷載水平控制的影響。建筑承受的傾覆力矩、建筑的偏心軸向力等都與高層建筑的水平荷載具有直接的關系，其關系為二次方倍數關系。因此，高層建筑結構設計中，對水平荷載需要進行嚴格的控制，從而使得由于過大的水平荷載造成的連鎖性穩定性問題得到有效控制。

2.2結構設計中抗震性能控制分析

高層建筑結構設計中一個非常重要的內容就是高層建筑的抗震性能。高層建筑的抗震性能直接關系到建筑的安全使用與人員的安全。影響高層建筑抗震性的因素比較多。進行高層建筑結構設計過程中，需要考慮高層建筑在正常使用時水平荷載與豎向荷載，并且需要基于高層建筑結構選型，使得高層建筑在一定地震水平中的穩定性得到保障，確保高層建筑的“小震不壞，大震不倒”的抗震要求得到滿足。

2.3結構設計中軸向變形控制分析

高層建筑在使用過程中，對于穩定性有直接影響的一個因素就是側移問題。高層建筑產生側移的主要原因在于，高層建筑整體上層與下層存在不同的水平荷載，當整體的剛度水平趨近于一致時，造成了結構側向形變移動。高層建筑發生側移的水平和建筑的高度的四次方存在正比例的關系，因此，對于高層建筑結構設計中必須要充分重視對側移水平的控制。

2.4結構設計中的自重控制分析

高層建筑的體量和向基礎結構傳遞荷載隨著高層建筑高度的增加而增加。當高層建筑整體自重水平比地基承受能力高時，就會造成高層建筑發生下沉、抗震性能不足、傾覆等問題。對于軟土地基等不良地質條件下，由于高層建筑自重造成的問題更加嚴重。所以，高層建筑在設計過程中，必須與工程地質的實際條件相結合，基于優化高層建筑結構使得高層建筑自重降低，從而確保高層建筑的自重不會超過基礎結構極限承載的能力，使得高層建筑的整體穩定性得到保障。

3高層建筑結構選型分析

3.1高層建筑上部結構選型

（1）框架結構。

梁、樓板與柱等構件構成了高層建筑框架結構，其優點是延展性好，建筑空間大，結構的自重比較輕等。高層建筑框架結構中填充墻有很多選擇。其中輕質隔墻結構是最為普遍的結構，其有著良好的經濟性和軸向穩定性。在7度設防條件下的50m高度范圍適用高層結構框架結構。

（2）框架——剪力墻結構。

高層建筑的框架——剪力墻結構把建筑內部的電梯間進行轉化，使其成為筒體結構，從而對水平荷載造成的建筑整體穩定性影響進行抵抗。高層建筑整體豎向荷載主要通過框架柱承擔，其剛度和抗震性比較好。在7度設防條件下的120m高度范圍適用高層建筑框架——剪力墻結構。

（3）剪力墻結構。

具有良好的整體性，并且較大的側向剛度，水平力的作用下側移量比較下，對房間內部的布置有利。在合適的位置進行構洞的開結，從而構成若干個斷肢剪力墻，對于整體的剛度進行調整。另外，為了降低工程造價以及使得高層建筑結構的自重降低，可以采用輕質填充墻。在7度設防條件下的120m高度范圍比較適用剪力墻結構。

3.2高層建筑下部結構選型

（1）交叉梁基礎結構。

交叉梁基礎結構的下部是通過相互交叉條形梁構成的，在框剪力結構體系并且層數比較少的高層建筑中比較適用。

（2）柱下獨立基礎結構。

該結構其承載的荷載比較低，并且就施工建設過程中要求較高的地質條件，在框架結構并且層數比較少的高層建筑中應用比較多。

（3）片筏基礎結構。

整體上片筏基礎結構具有較低的剛性，要求在相對理想地質土體上提供輔助的荷載，對于沉降、裂縫與形變等問題要給予充分充實，一般在層數比較少的高層建筑結構中應用比較多。

（4）復合基礎結構。

針對地質土體結構整體穩定性的加固工作在基坑施工環節中實施。復合基礎結構的應用主要是層數比較多的高層建筑，也被應用在土質相對比較弱的建筑中。CFG樁復合地基是高粘結強度復合地基的典型。在高層建筑地基建設中的應用比較普遍。

4結束語

高層建筑結構設計融合結構分析、數學優化與計算機技術等，作為綜合性技術工作其實用性非常強。隨著高層建筑的不斷發展，結構體系越來越復雜，建筑平面功能越來越高，因此，在高層建筑的結構設計與選型方面的要求也不斷提高。基于高層建筑穩定與安全的基礎上，對高層建筑的結構進行科學設計與合理選型，從而不斷推動高層建筑設計技術的發展。

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作者：劉超 單位：靈璧縣規劃設計室