高層建筑結構設計與選型

袁由沖

【摘 要】如果把一個建筑體的存在看作一個活生生的生命，建筑結構設計在建筑的“生命歷程”中可謂占據(jù)著重要的地位，關系著建筑外部面貌與內(nèi)部骨架的形成，同時建筑結構設計作為建筑工程投資的一部分，能夠有效控制設計過程中的成本造價，也是一項成功建筑設計的一部分?？傊ㄖY構設計師在建筑結構設計過程中要綜合考慮到建筑所在地的氣候、地形、水文、風俗文化以及建筑造價的多方面因素，最大限度的滿足實際的需要。

【關鍵詞】建筑結構；設計；抗震

一、高層建筑結構的設計原則

1、科學性原則

建筑雖是門藝術，講求美觀，但也必須實用，適合人們居住。因此，在把握美觀的同時，也要注意建設的科學性和合理性，不能盲目追求感官享受?，F(xiàn)代建筑的建筑要求跟過去有很大區(qū)別，美觀早就退居其次，實用和耐用，高質(zhì)量已成為人們的首選因素。所以要緊跟時代步伐，利用科學的設計方法和現(xiàn)代科技提供的高技術，充分打造出具有現(xiàn)代氣息的高層建筑。將理論與實際結合，盡可能做到美觀與科學的結合，以及設計要合理、規(guī)范，符合相關規(guī)定。

2、實用性原則

現(xiàn)代高層建筑結構設計，要充分考慮到建筑的功能需求，設備的優(yōu)化配置以及具體施工技術方案的規(guī)劃與運行，積極采用新技術、新工藝和新材料，實現(xiàn)建筑的經(jīng)濟合理性與高效實用性。

3、安全性原則

安全對于建筑工程來說，是考慮的主要問題。高層建筑除了科學、實用，也要住著放心，舒坦。樓層可不同于平房建設，尤其是碰上地震之類的。所以，安全指標必須達到，可以逾越但絕不能少，甚至是一毫米，因為安全指標就是生命指標，我們要對自己的行業(yè)行為負責。既然這樣，在開始施工時，有關安全的所有因素必須統(tǒng)統(tǒng)考慮，注意加強結構的抗災能力。

二、結構選型分析

1、結構規(guī)則性

新舊規(guī)范在建筑物結構規(guī)則方面的內(nèi)容出現(xiàn)了很大變動，在這方面新規(guī)范增加了很多的限制條件。如：嵌固端上下層剛度比以及平面規(guī)則性信息等，這些都是新的限制條件。而且，新規(guī)范也明確表明了強制性的規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案?！彼?，針對這些新規(guī)范，結構設計師必須嚴格遵循并加以注意，以免在后期的設計方面處于被動狀態(tài)。

2、結構超高

對于結構高度而言，在高規(guī)與抗震規(guī)范中有了很嚴格的限制，特別是在新規(guī)范中，對于超高問題除了對于原來的高度增設為A級高度外，還增設了B級的高度建筑。所以，必須嚴格控制結構的高度因素，如果確定了結構為B級高度建筑物，甚至超過了B級的高度，其處理措施和設計方法就會有很大的變化。對于結構類型的變更，在實際工程設計中曾經(jīng)出現(xiàn)過對該問題忽略的情況，致使施工圖在審查階段就未予通過，在這種情況下，應該對其進行重新設計或者進行專家討論、評定。但是這些對于整個工程的規(guī)劃、造價和工期而言具有很大的負面影響。

3、嵌固端設置

嵌固端對于高層建筑而言，其一般設置于地下室的頂板處，因為高層建筑通常下會帶有人防和地下室，那么嵌固端也有可能被設置于人防的頂板位置。而對于這個問題，結構設計師往往會忽略嵌固端的很多問題，如：上下層剛度比的限制、樓板的設計、上下層抗震等級一致性以及嵌固端位置與結構抗震縫設置的協(xié)調(diào)問題等，如果對其中一個方面造成忽視，那么就有可能為后期工程作業(yè)埋下很大的安全隱患。

4、短肢剪力墻

對于墻肢截面高厚度為5-8的，在新規(guī)范中規(guī)定為短肢剪力墻。對于短肢剪力墻而言，在實際經(jīng)驗和試驗資料中其在高層建筑中的應用增添了很多限制性條件，因此，結構設計師應該盡量避免對短肢剪力墻的采用，以免給后期工程的進展帶來麻煩。

三、建筑結構設計中易忽略的問題

1、受力性能

在我們對建筑進行設計的開始階段，設計人員最需要考慮的就是此建筑物所具有的空間組成特點，而并不是對建筑的結構情況進行確定。對于建筑來說，其在空間以及地面形式上的水平、豎向穩(wěn)定情況對于整個建筑物具有著較為重要的影響，通常而言，建筑都是由規(guī)模較大、較重的構件所組成的，對此，建筑所具有的結構就應當能夠?qū)⑵渥陨硭哂械闹亓客孛孢M行良好的傳遞。而我們在對建筑進行設計的過程中，就需要能夠?qū)ㄖ蛳伦饔昧ν鼗休d力間的關系進行理順，并使我們在建筑方案確定時能夠做好建筑承重柱以及承重墻的數(shù)量以及位置分布的確定工作。

2、箱、筏基礎底板的挑板

從建筑的結構方面來看，如果跨底板鋼筋在設置時不會由于出現(xiàn)跨鋼筋的情況而使整個底板的通長筋得到加大，就能夠獲得較為節(jié)約的設計效果。而在出挑板之后，則能夠使地基所具有的附加應力得到降低，并且當建筑基礎形式在人工地基以及天然地基坎上時，以加挑板的方式就能夠?qū)μ烊坏鼗M行應用。同時，其還能夠降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜。當然，對于此項問題來說，也不是絕對的，當建筑地下室層數(shù)較多、且窗井橫隔墻較為密集時則可以根據(jù)實際情況以靈活的方式對其進行考慮。另外，當?shù)叵滤惠^高時，出基礎挑板也能夠幫助我們更好的對抗浮問題進行解決。

3、承重柱截面大小

在對抗震設防區(qū)進行設計時，部分建筑結構設計人員往往會貪圖受力設計的方便性而沒有將柱的截面高度設計到足夠的高度、將梁簡化成鉸支梁、使梁柱的線剛度比加大。對于這種設計方式來說，雖然其能夠在一定程度上簡化我們的結構受力分析任務，但是卻會對整個建筑結構的穩(wěn)定性造成一定的隱患。另一方面，對于高層建筑底部柱來說，為了能夠使其滿足軸壓比限制的需求，我們往往會將柱子的截面取一個較大的值。但是，由于建筑高度的影響，就很可能會使框架柱成為短柱。對此，選擇較大的柱截面還是較小的柱截面則成為了我們實際設計過程中需要商榷的一個問題。另外，在建筑底層框架方面，梁所具有的抗彎剛度也會大于柱的抗彎剛度，且梁板對于柱子所具有的約束能力也相對較小。對此，就需要我們在實際設計時能夠嚴格地遵循強剪弱彎、強柱弱梁的原則，并在建筑的同一樓層中盡量保證不同柱子所具有的同等剛度，避免出現(xiàn)過大的截面差異。

四、關于建筑結構合理性設計的建議

1、建筑結構的設計要符合國家規(guī)定

建筑安全事故頻繁，這讓大家的關注點都集中在了建筑的安全上，而國家也對建筑結構的安全性提高了重視，陸續(xù)出臺一些相關法律法規(guī)，對于建筑結構的設計有了強硬性的要求，防止一些建筑商減少針對建筑安全的投入。這些規(guī)定會隨著建筑行業(yè)的實際情況而提出針對性的改變，建筑結構的設計不僅在安全上有保障還需要與時俱進。同時，建筑結構設計師應該要盡職盡責，不能為了一己私利不顧人民群眾的安危，為提高建筑物的質(zhì)量，消除存在的安全隱患貢獻出自己的綿薄之力，要不畏強權，在建筑行為中發(fā)現(xiàn)不符合國家規(guī)定的行為要勇敢地提出質(zhì)疑，并且做出相應的解決措施，基于安全性上考慮，盡可能地提升建筑結構的安全質(zhì)量。

2、計算機輔助設計的正確運用

隨著科學技術的快速進步，網(wǎng)絡化的范圍越來越廣，計算機輔助設計系統(tǒng)也被廣泛應用于建筑設計領域。應用計算機技術可以實現(xiàn)工程師對結構分析的順利進行，能夠正確使用計算機輔助設計對我國建筑結構設計水平有很重要的影響。但是，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑物的規(guī)模日趨增大，而其結構形式也日漸復雜，對其結構的設計難度也大大增加，這就要求設計人員了解所使用軟件的特點和適用范圍，熟悉和掌握各項參數(shù)的選取條件，真正做到計算機為人服務，為工程設計服務。

3、提高建筑物抗震能力

對于建筑體來說，地震所帶來的影響是非常巨大的，尤其是高層建筑。在汶川地震等多個地震發(fā)生以來，國家建筑行業(yè)更是將建筑物的抗震指標作為一項重要的參數(shù)來對待。正確合理的抗震指標不僅可以充分滿足建筑物的設計安全系數(shù)，又不至于指標過大而造成浪費。在抗震設計過程中，要時刻遵守這樣的一個原則“小震不壞，中震可修，大震不倒”，對于地下室的抗震等級確定與上部建筑主體結構的抗震等級要區(qū)分開來，分別予以考慮，一般來說，地下層的抗震等級要略低于地上結構，而裙樓的抗震等級應該不低于主樓的抗震等級。

結束語

總而言之，目前建筑結構技術水平還沒有完全實現(xiàn)建筑安全性的提升，建筑安全的標準也還沒有達到我國建筑技術設計規(guī)范和質(zhì)量安全的要求，因此，要對建筑結構設計作出調(diào)整，全面地考慮建筑安全性的影響因素，確保在建筑結構設計中建筑安全性的提升。

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