范寶明

（內(nèi)蒙古城市規(guī)劃市政設計研究院有限責任公司 010020）

高層建筑結構設計及某工程結構選型問題分析

范寶明

（內(nèi)蒙古城市規(guī)劃市政設計研究院有限責任公司 010020）

隨著城市的不斷發(fā)展，高層建筑也得到了快速的發(fā)展，在現(xiàn)代建筑中占據(jù)的比例也逐漸增大。是城市發(fā)展面貌的重要體現(xiàn)。而在高層建筑中最重要的組成部分就是結構選型、結構設計，不僅可以將高層建筑結構的外形特征充分的顯現(xiàn)出來，還能夠?qū)Ω邔咏ㄖ０l(fā)揮個性功能提供保障，因此本文主要對高層建筑結構設計和某工程結構選型問題進行深入的研究，希望可以為高層建筑項目的發(fā)展發(fā)揮積極的促進作用。

結構選型；工程；高層建筑結構設計

前言：隨著城市化的快速發(fā)展，高層建筑逐漸興起，有效的解決了土地資源匱乏、住房需求較大等問題。但是目前在建造高層建筑的過程中，其結構類型日益復雜，功能也呈現(xiàn)多樣性的特征，直接導致了其結構選型不當、設計不當?shù)葐栴}的發(fā)生，造成高層建筑的安全隱患逐漸加大，直接對人們的財產(chǎn)安全、生命安全等造成了嚴重的威脅，因此高層建筑結構設計及某工程的結構選型問題對城市的發(fā)展尤為重要，需要相關部門加大重視。

1 分析高層建筑結構設計

1.1 高層建筑結構主要類型

高層建筑主要有框架-剪力墻體系、筒體結構、剪力墻體系三種重要的結構體系。其中框架-剪力墻體系是指豎向承重結構由若干個剪力墻、框架構成的，雖然這種結構具有較多的內(nèi)力和位移等計算方法種類，但是經(jīng)常被使用的還是連梁連續(xù)化假定方法。在計算建筑結構位移協(xié)調(diào)條件時，設計依據(jù)應當參照剪力墻轉角、框架水平位移，使用微分方程建立位移、外荷載的關系，這樣對因素未知量、需求未知量就會有所不同，而其解答方式也會存在差異[1]。

筒體結構還可以具體的結構體系，如筒中筒結構體系、框架-核心筒結構體系。筒體承受水平荷載、框架承受豎向荷載是框架-核心筒的主要受力特點，同時與框架剪力墻具有相似的變性特點，但是框架-核心筒具有較大的抗側剛度，根據(jù)計算機模型不同的處理方法來看，分析這種結構體系的方法主要有連續(xù)化方法、三維空間分析、離散化方法，其中準確性較高的是三維空間方法。

剪力墻結構體系的構成特征主要是在承受水平荷載、垂直荷載時依靠外墻和內(nèi)墻作為剪力墻。剪力墻的開動情況密切關系到剪力墻的受力特性、變形狀態(tài)，主要是根據(jù)不同的軋受力特性可以將單片剪力分為兩個部分，即單肢墻、特殊開洞墻。剪力墻的類型不同，那么其截面應力的分布也會不同，因此在計算其內(nèi)力、位移時，應當結合具體的剪力墻類型選擇相應的設計方法、計算方法，在剪力墻結構計算中應用平面有限元法[2]。

1.2 高層建筑結構設計方法

首先在設計高層建筑結構時要對其水平荷載進行合理的確定，風產(chǎn)生的垂直荷載、水平荷載是所有的建筑都會承受的，而且所有的建筑也應當具備一定的抗震能力。在設計高層建筑結構的過程中，豎向荷載對結構設計的影響較大，但是對高層建筑結構設計的影響中占據(jù)較大比重卻是水平荷載。而且在高層建筑樓層逐漸增多的趨勢下，水平荷載的影響對其結構設計來說極為重要。因此在設計建筑結構時要充分考慮水平荷載的影響，對水平荷載進行合理的確定。其次對側控進行合理的確定，高層建筑不同與低層建筑，在設計其結構的過程中，影響較大的因素就是結構的側移。當樓層數(shù)量增加時，在水平荷載側向變形的影響下結構側移就會隨之變大、因此在設計高層建筑結構時，其結構的強度不但要大，保證該高層建筑能夠承受荷載作用帶來的內(nèi)力，還需要高層建筑的抗側剛度夠大，對于水平荷載作用產(chǎn)生的側移情況可以某一限度內(nèi)進行有效的內(nèi)部控制。最后設計高層建筑的重要技術指標應當設定為結構延性，將高層建筑和低層建筑進行對比可以了解到，從柔和度的角度來看，高層建筑相對較好一些，當發(fā)生地震時，高層建筑的變形情況就會增大，為了使其朝向塑形變形階段發(fā)展，使其變形能力增大，從而避免垮塌事故的發(fā)生，因此在設計時設計人員可以充分利用高層建筑的這一特點，使其具有足夠的延性，從而增強其抗震能力，提高高層建筑的質(zhì)量[3]。

2 分析某工程結構選型

例如在某工程中，該高層建筑具有8度抗震設防烈度，0.20g基本地震加速度值，且該高層共有25層樓，分為三個建筑抗震組。綜合類辦公使其主要的建筑功能。層高主要設計為3.9米和4.5米，其主體結構高度為95.5米。

2.1 結構選型布置

針對該高層建筑的主要功能來看，其結構選型布置應當設計為具有一級抗震強度的剪力墻、一級抗震強度框架的框架-核心筒結構體系，在對結構平面進行布置的時候要充分考慮其結構體系是否有利于抵抗水平荷載、豎向荷載。核心筒位置主要布置剪力墻，主要是基于其具有明確的受力、直接傳力的特征，同時要對稱均勻的布置墻體，對扭轉的影響問題也要考慮周全，在建筑功能不受影響的基礎上，將雙向抗側力剪力墻合理的布置在建筑平面的四角，降低扭轉對建筑的影響。布置建筑平面的規(guī)則相對比較簡單，將地震的影響合理的降低下來、對稱布置建筑平面剛度、在核心筒內(nèi)部布置電梯井筒體，從而布置出對稱的框架即可[4]。

在布置高層建筑的結構構件時，應當盡量保證建筑梁重心、建筑的柱中心進行重合，從而實現(xiàn)直接傳力的效果。若是不能夠重合梁、柱的中心線時，就需要對梁柱節(jié)點核心區(qū)的構造、受力是否受到偏心的不利影響。當產(chǎn)生的偏心距比該構件方向的柱寬四分之一還要大時，就需要采取相應的解決措施，使其受到的不利影響能夠被降低，如增設梁的水平加腋措施[5]。

在建筑的抗震中其抗側力性表現(xiàn)的較為理想的就是剪力墻結構，但是對剪力墻的設計也需要保證科學性，需要遵循的原則有：雙向布置的原則。其中雙向布置是指其他方向布置、沿兩軸方向布置，同時保證雙向不值得兩個建筑方向具有一致的側向剛度；自下而上連續(xù)布置；避免設置相差懸殊的墻肢寬度等原則。

2.2 分析結構選型的合理性

利用有限元分析的方法對該工程高層建筑結構選型的合理性進行分析，在使用SATWE計算其結構變形、內(nèi)力之后，根據(jù)計算的數(shù)據(jù)結果可以了解到：從計算結構變形數(shù)據(jù)、結構承載力的情況來看，該結構選型符合建筑要求，同時超筋超限的問題也沒有；從位移的情況來看，結構樓層的各個位移值都不大于1.2，該結構符合扭轉規(guī)則；結構扭轉振型周期也不大于0.9，與規(guī)范的要求相符。因此該工程的結構選型還是比較合理的[6]。

總結：綜上所述，通過對高層建筑結構設計和某工程結構選型的研究，從中可以了解到在高層建筑中應當合理的設計其結構，保證其具有較高的抗震能力、抗側壓能力等，在工程結構選型中也要結合建筑的功能和建筑的實際情況等選擇恰當?shù)慕Y構類型，從而滿足工程建筑的實際需求。

[1]張斌. 超高層綜合性辦公建筑標準層平面設計研究[D].華南理工大學,2012.

[2]張博. 高層建筑梁式轉換層結構設計原理及其應用[D].湖南大學,2011.

[3]屈國紅. 小高層建筑不同結構體系對比研究[D].太原理工大學,2014.

[4]李陽. 基于施工過程的在建高層建筑防災減災研究[D].長安大學,2012.

[5]王月紅,關杰. 高層建筑工程結構設計綜合分析[J]. 山西建筑,2012,32:52-53.

[6]白朝陸. 我國高層建筑結構工程選型及如何布置問題的探討[J]. 城市地理,2014,20:42.

TU7

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1007-6344（2016）03-0110-01

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